CN104145014A - 用于进行扩增子挽救多重聚合酶链式反应(pcr)的系统和方法 - Google Patents

用于进行扩增子挽救多重聚合酶链式反应(pcr)的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本公开的实施方案大体上涉及用于进行扩增子挽救多重聚合酶链式反应(arm-PCR)的系统和方法。在一个实施方案中，所述系统包含耦合到控制元件的处理器和读取器。所述控制元件被配置成基于多种设置来控制所述处理器和所述读取器的操作。所述处理器被配置成接纳用于对从机体样本获得的DNA和/或RNA进行PCR扩增的自含式盒。所述处理器与所述盒啮合并操纵所述盒内的试剂以扩增并检测来自所述样本的DNA。所述处理器还使所述盒将所述DNA存放于所述盒内的微阵列上。读取器被配置成在所述盒已被所述处理器处理后接纳该盒并捕获用于传送到所述控制元件的所述微阵列的图像。

Description

用于进行扩增子挽救多重聚合酶链式反应(PCR)的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求标题为“Systems and Methods for Performing AmpliconRescue Multiplex Polymerase Chain Reaction”且于2011年11月11日提交的美国临时专利申请号61/558,791的优先权，该临时专利申请以引用方式并入本文中。本申请还要求标题为“Systems and Methods for PerformingAmplicon Rescue Multiplex Polymerase Chain Reaction(PCR)”且于2012年1月30日提交的美国临时专利申请号61/592,372的优先权，该临时专利申请以引用方式并入本文中。
背景技术
聚合酶链式反应(PCR)的开发使得能够使用DNA扩增用于多种应用，包括分子诊断测试。然而，存在许多与PCR用于分子识别诊断(Moleculardifferential diagnositc,MDD)测定的用途相关的挑战。PCR利用了特异性的引物或引物组、温度条件和酶。PCR反应可能容易受到污染，引物结合对于不同的引物可能需要不同的条件，引物应该对于靶序列特异以便仅扩增该靶序列，等等。这使得更难从单个样品扩增多个序列。
在过去，诊断测试临床样品以发现一种或多种致病性病原物(agent)需要分离和培养微生物。然而，这可能需要几天，而在许多情况下，如果要挽救患者的生命，必须在几小时内做出诊断。目标是在大约几小时内对临床样品内的一种或多种致病性病原物做出识别，并且已经开发了许多方法来较好地实现该目标。例如，已经开发了多重PCR和靶标富集多重PCR(tem-PCR)技术以扩增样品内的多种核酸以便产生足够的DNA/RNA从而使得能够检测和识别多种生物体。多重PCR和tem-PCR技术提供了一次对单个样品进行多次测定的能力，但它们必须通过牺牲大的灵敏度才能实现这一目的，所述灵敏度可以通过单一扩增反应使用单组靶特异性引物实现。仍然需要对所述技术进行改进以便提供具有更大灵敏度和更短诊断时间的诊断测试。还需要整合扩增步骤和检测步骤，使得可以消除开管杂交步骤以减少由PCR产物的携带污染引起的假阳性。
附图说明
参考附图可以更好地理解本公开。附图中的元件未必是相互成比例的，而重点在于清楚地图解说明本公开的原理。此外，在所有的这几幅视图中，同样的附图标记指定相应的零件。
图1是图解说明根据本公开用于进行PCR扩增的示例性系统的方框图。
图2是图解说明如由图1所描绘的控制元件的示例性实施方案的方框图。
图3是示例性处理器模块的侧平面图。
图4是图3的处理器模块的后透视图。
图5是如由图3所描绘的加热器组件的部分分解图。
图6是如由图3所描绘的示例性加热器的透视图。
图7是如由图3所描绘的升降机组件的透视图。
图8是如由图3所描绘的示例性凸轮杆轴的透视图。
图9是如由图3所描绘的示例性柱塞的透视图。
图10是如由图3所描绘的示例性导螺杆轴的透视图。
图11描绘了与盒啮合的图3的加热器组件的加热器。
图12是如由图1所描绘的读取器的示例性实施方案的透视图。
图13是移除了驱动组件的图12的读取器的透视图。
图14是移除了驱动组件和飞轮组件的图12的读取器的透视图。
图15是图12的驱动组件的部分分解图。
图16是图12的飞轮组件的透视图。
图17是图12的飞轮的顶部透视图。
图18是图17的飞轮的底部透视图。
图19是图12的光学组件的透视图。
图20是微阵列的示例性实施方案的顶部平面图。
图21是图19的光学立方体组件的分解图。
图22是描绘了根据本公开的示例性开放平台目标解决方案系统的方框图。
图23描绘了显示示例性点的微阵列图像的一部分。
图24描绘了显示重新定位的示例性点的微阵列图像的一部分。
图25是包含平衡配重块的飞轮外壳的侧面剖切视图。
图26是飞轮外壳的另一侧面剖切视图。
图27A是平衡配重块的后视图。
图27B是包含两个小齿轮的平衡配重块的侧视图。
图27C是包含一个小齿轮的平衡配重块的侧视图。
图28描绘了盒的示例性实施方案。
图29描绘了由图28所描绘的示例性盒的分解图。
具体实施方式
本公开的实施方案大体上涉及用于进行扩增子挽救多重聚合酶链式反应(arm-PCR)的系统和方法。在一个实施方案中，所述系统包含耦合到控制元件的处理器和读取器。所述控制元件被配置成基于多种设置来控制处理器和读取器的操作。所述处理器被配置成接纳用于对从机体样本获得的DNA和/或RNA进行PCR扩增的自含式盒。处理器与盒啮合并操纵盒内的试剂以扩增和检测来自所述样本的DNA。处理器还使盒将DNA存放于盒内的微阵列上。读取器被配置成在盒已被处理器处理后接纳该盒，并捕获用于作为测试数据传送到控制元件的微阵列的图像。控制元件进一步被配置成分析从读取器接收的测试数据，并产生指示测试数据与预定义数据的比较的输出。
图1描绘了用于对从机体样本获得的DNA和/或RNA进行PCR扩增的示例性系统10。系统10使得能够进行arm-PCR，即先前已于标题为“Amplicon Rescue Multiplex Polymerase Chain Reaction for Amplication ofMultiple Targets”的美国专利号7,999,092中描述的技术，该专利以引用方式并入本文中。系统10包含耦合到控制元件15的处理器12和读取器14。在一个实施方案中，控制元件15包含计算装置例如计算机，但在其它实施方案中，其它类型的控制元件15是可能的。控制元件15被配置成与处理器12和读取器14通信以基于多种设置来控制处理器12和读取器14的操作，如下文所更详细地论述。控制元件15进一步被配置成从读取器14接收指示样本的被扩增DNA的数据，并产生指示被扩增的DNA与预定义数据的比较的输出，如下文所更详细地论述。这样的比较用来诊断样本。
处理器12被配置成接纳装有机体样本的自含式盒17、与盒17啮合、并且操纵盒17，以对盒17内的样本进行arm-PCR。示例性的盒公开于标题为“Apparatus for Performing Amplicon Rescue Multiplex PCR”的美国专利申请序列号12/780,698中，该案以引用方式并入本文中。在一个实施方案中，处理器12包含至少一个检测元件19，用于检测处理器12内的盒17和确定关于盒17的多种信息。检测元件19将信息传送到控制元件15，控制元件15基于所述信息操纵处理器12，如将在下文更详细地论述。
读取器14被配置成在盒17已被处理器12处理后接纳盒17并捕获盒17上的微阵列(未显示)的图像。微阵列指示对通过PCR扩增产生的DNA的检测。在一个实施方案中，微阵列的图像包含数字图像，但在其它实施方案中，其它类型的图像是可能的。读取器14进一步被配置成将所述图像作为测试数据传送到控制元件15以允许控制元件15分析所述测试数据并比较所述测试数据与预定义数据。
图2描绘了图1的控制元件15的示例性实施方案。如上文所陈述，控制元件15耦合到系统10的至少一个处理器12(图1)和至少一个读取器14(图1)，并且控制元件15被配置成与处理器12和读取器14通信，并监视和控制其操作。控制元件15进一步被配置成接收来自读取器14的测试数据并分析该测试数据，如将在下文更详细地论述。在一个实施方案中，控制元件15通过例如台式或膝上型计算机等计算机执行，但在其它实施方案中，可以使用其它类型的装置来执行控制元件15。
如由图2所示，控制元件15包含至少一个常规处理元件20，例如数字信号处理器(DSP)或中央处理单元(CPU)，所述常规处理元件20通过可以包括至少一条总线的本地接口22与控制元件15的其它元件通信并且驱动所述其它元件。控制元件15进一步包含使得能够与处理器12通信的处理器接口24和使得能够与读取器14通信的读取器接口25。在一个实施方案中，处理器接口24接收来自处理器12的状态信息并允许控制元件15基于多种设置来控制处理器12的操作，如下文所更详细地论述。在一个实施方案中，读取器接口25接收来自读取器14的状态信息并允许控制元件15控制读取器14的操作。此外，读取器接口25接收指示来自样本的被扩增的DNA的微阵列的图像形式的来自读取器14的数据。控制元件15进一步包含用户输入接口26(例如，计算机键盘和/或鼠标)以及用户输出接口28(例如，计算机监视器和/或打印机)。然而，在其它实施方案中，不同的用户输入接口26和用户输出接口28是可能的。
控制元件15进一步包含控制逻辑31，所述控制逻辑31被配置成控制处理器12和读取器14的操作并管理控制元件15内的数据和其它部件。关于这一点，在一个实施方案中，控制逻辑31通过基于ID映射数据33和/或由用户通过用户输入接口26输入的信息将盒17映射到针对盒17的一组适当的设置32和一组适当的数据35来管理该组适当的预定义设置32和数据35的应用。ID映射数据33存储于控制元件15的存储器30中并且将在盒17上并且与盒17关联的标识符(未显示)(例如，条形码)(如通过检测元件19(图1)所检测)映射到针对盒17的一组相应的预定义设置32和一组预定义数据35。每一组预定义设置32均存储于控制元件15的存储器30中并且指示待由处理器12执行的多种操作，以进行针对相应盒17的arm-PCR。每一组预定义数据35均指示盒的微阵列的一组(例如，一组或多组)点，所述点将在读取期间由于来自聚集于点处的目标病原物的DNA而发荧光，如将在下文更详细地论述。将预定义数据35与指示已在读取期间发荧光的微阵列的点的测试数据34进行比较以确定样本中是否存在目标病原物。预定义设置32可根据待对样本运行的测试类型(例如，设计测试以在样本中检测的目标病原物的类型)而变化。例如，一组预定义设置32可指示例如以下信息：将加热器(图2中未显示)施加到盒17以对目标病原物进行arm-PCR的时长、相应加热器的温度和待由处理器12进行的特定操作的顺序，以有效地操纵盒17，从而对目标病原物进行arm-PCR，如下文所更详细地论述。
在一个实施方案中，预定义设置32包括待由处理器12进行的多组操作。在一个示例性实施方案中，预定义设置32包括三组设置。在这样的实施方案中，所述三组设置32被针对高特异性、高灵敏度和标称结果调整。关于这一点，如果选择针对高特异性调整的一组设置32，那么处理器12对盒17进行操作的目的在于分离样本中的特定目标病原物或DNA序列并排除所有其它目标病原物或DNA序列。然而，如果选择针对高灵敏度调整的一组设置，那么处理器12对盒17进行操作的目的在于识别样本中的宽范围的目标病原物或DNA序列。此外，如果选择标称组的设置，那么处理器12对盒17进行操作的目的在于产生标称范围的目标病原物或DNA序列。然而，在其它实施方案中，可能有不同数量和类型的数组设置。
在一个实施方案中，数组预定义设置32可用于封闭平台和开放平台。关于这一点，封闭平台允许对特定目标病原物(例如，食品与药品管理局(Food and Drug Administration)(FDA)管理的目标病原物)进行特异性测试，而开放平台允许对未管理的目标病原物进行各种多样的测试。例如，对于封闭平台，可以由控制逻辑31基于如由ID映射数据33所指示的目标病原物自动地选择一组预定义设置32。因此，用户可以不选择或以其它方式控制在封闭平台上对目标病原物进行的测试。然而，对于开放平台，用户可以通过用户输入接口26手动地选择一组所需的预定义设置32以获得所需结果。在上文所述的示例性实施方案中，用户可以选择待对盒17进行的三组预定义设置32中的一组，其中这三组被针对高特异性、高灵敏度或标称结果调整。然而，在其它实施方案中，不同类型和数量的数组预定义设置32可以由用户在开放平台上选择。此外，在一个实施方案中，用户可以定义一组待在开放平台上对盒17进行的定制的设置。因此，在开放平台上，用户可以通过选择用于测试中的不同组的设置32和改变用于测试中的引物来操纵对目标病原物进行的测试，如将在下文更详细地论述。
在一个上述的实施方案中，盒17的标识符被检测元件19读取。在其它实施方案中，用于确定标识符的其它技术是可能的。作为示例，标识符可以电子方式存储于盒17中。盒17可以被配置成将标识符无线地或以其它方式传送到检测元件19。作为示例，射频(RF)或红外线通信可用于与标识符通信。在其它实施方案中，检测元件19可以使用其它技术来确定盒的标识符。
控制逻辑31进一步被配置成通过读取器接口25接收来自读取器14的微阵列的图像并将所述图像作为测试数据34存储于控制元件15的存储器30中。在一个实施方案中，测试数据34包含一个或多个盒17的微阵列的一幅或多幅数字图像，但在其它实施方案中，不同类型的测试数据34是可能的。控制逻辑31进一步被配置成比较测试数据34与映射到盒17的预定义数据35，以确定在样本中是否检测到特定目标病原物。关于这一点，在一个实施方案中，测试数据34包含微阵列的图像，其中对应于特定目标病原物的DNA聚集于微阵列中的特定点或点组合(未显示)处。聚集DNA的点或点组合当受到来自读取器14的激光照射时发荧光。当微阵列被激光器照射时，读取器14捕获微阵列的数字图像，且微阵列检测逻辑36被配置成分析所述图像以确定由于其上或其中存在DNA而发荧光的点。如本文中所更详细描述的，每一点由不同材料构成，且所述点以预定义图案布置。因此，图像中发荧光点的图案指示所测试的样品中是否存在目标病原物。此外，逻辑36对图像进行数字分析以确定图像中发荧光的点并比较所确定的发荧光图案与一组针对特定目标病原物的适当的预定义数据35。基于这样的比较，逻辑36确定在所测试的样品中是否存在目标病原物。
在分析微阵列图像时，逻辑36定位并识别图像内的每一点。有多种技术可用于定位和识别点。在一个示例性实施方案中，逻辑36识别数字图像内在本文中称为“测试区域”的区域。每一测试区域都是数字图像中预计特定点将基于点在微阵列上的预定义图案而被定位的区域。作为示例，图23描绘了显示示例性点101的微阵列图像的一部分。在所述图像中实际上看不见的参考线102代表了下述的测试区域103，在其中逻辑36预计基于测试区域103在所述数字图像内的像素位置会发现点101。为了确定与测试区域103相关的点101是否在所述图像中发荧光，逻辑36计算出测试区域103内所有像素的平均亮度并且将所述平均亮度与阈值进行比较。如果平均亮度超过阈值，那么逻辑36确定点101在所述图像中发荧光。然而，如果平均亮度不超过阈值，那么逻辑36确定点101在所述图像中不发荧光。
如由图23所示，点101可出于多种原因(包括在微阵列上放点101材料方面的不完美)而与测试区域103稍微不对准。如果测试区域103的绝大部分不与点101对准，那以这样的不对准就可能导致假荧光测定。因此，为了改进测试结果，逻辑36会自动地将点101的图像相对于测试区域103移动，使得较大百分比的点101在测试区域103内。关于这一点，在如上文所述评价相关点101是否发荧光之前，逻辑36进行对准算法以重新定位微阵列图像内的点101。
根据这样的算法，逻辑36通过比较像素色值来识别点101。关于这一点，一组具有基本上类似的色值的邻接像素一般指示点101在图像内的位置。
在识别点101后，逻辑36被配置成测量与点101相关(例如，最接近图像内的点101)的测试区域103的平均亮度。逻辑36然后相对于测试区域103稍微地重新定位点101(例如，移动图像内的点101)，如由图24所示，且再次计算出测试区域内像素的平均亮度。如果移动造成较大百分比的测试区域101被点101覆盖，那么在移动后平均亮度应当会增加。逻辑26比较移动前的平均亮度与移动后的平均亮度，并且基于这样的比较确定点101是否更加对准。关于这一点，如果重新定位后的平均亮度更高，那么逻辑36确定点101现在与测试区域101的对准程度更高。然而，如果重新定位后的平均亮度更小，那么逻辑36确定点101现在与测试区域101的对准程度更低。
此外，逻辑36继续对点101进行重新定位并测量平均亮度，直到发现最大平均亮度。对于这样的最大亮度来说，点101相对于测试区域103的位置是导致点101与测试区域103之间的最大对准程度的位置。这样的位置由逻辑103选择作为图像内待用于点101的最终位置。
在一个示例性实施方案中，当进行重新定位算法时，逻辑36相对于测试区域103在加宽的螺旋内移动点101。关于这一点，逻辑36移动点101，使得其中心沿着螺旋104移动，如由图23所示。只要测试区域103的平均亮度对于连续数量的点101的位置来说继续增加，那么逻辑36就继续对点101进行重新定位。然而，一旦平均亮度对于连续数量的点位置来说降低，那么逻辑36就停止重新定位算法并选择提供最高平均亮度的位置作为点在图像内的最终位置。在其它实施方案中，可使用其它技术和/或移动图案来发现点101与测试区域103对准程度最高的位置。在一个示例性实施方案中，逻辑36被配置成对微阵列图像的每一点分别地进行相同的重新定位算法，使得每一点被单独地移动从而使其与其相应的测试区域更好地对准。一旦所有相应的点均已重新定位，那么图像就作为测试数据34被存储于存储器30中。
预定义数据35被存储于存储器30中且对于给定盒17来说指示微阵列中对应于特定目标病原物的一个或多个点。关于这一点，当样本中存在来自特定目标病原物的DNA时，预定义数据35指示微阵列中应当在读取期间发荧光的一个或多个点。因此，如果测试数据34指示所述DNA在微阵列中的一个或多个特定点处被检测到，那么控制逻辑31访问映射到盒17的预定义数据35以确定与所述点对应的目标病原物。控制逻辑31对微阵列中的每一点进行比较以针对一种或多种目标病原物进行测试。控制逻辑31通过用户输出接口28传送测试数据34与预定义数据35之间的比较结果。在一个实施方案中，控制逻辑31将测试结果作为测试结果数据37存储在存储器30中，用户可以通过用户输出接口28访问所述数据37。例如，对于封闭平台来说，测试结果数据37可以对针对其运行测试的每一目标病原物指示“是”或“否”，从而指示是否在样本中检测到这样的目标病原物，但不同类型的指示是可能的。然而，对于开放平台来说，测试结果数据37可以指示每一点的指示该点的亮度的值，使得用户可以比较给定目标病原物的多组测试结果数据37，以确定用于目标病原物的优选解决方案，如下文所更详细地论述。
应当注意的是，控制逻辑31和微阵列检测逻辑36可以在软件、硬件、固件或其任一组合中执行。在图2中图解说明的示例性实施方案中，控制逻辑31和微阵列检测逻辑36是在软件中执行的并存储于控制元件15的存储器30中。
注意，当在软件中执行时，控制逻辑31和微阵列检测逻辑36可以被存储和运送在任何计算机可读介质上，以供可以取出并执行指令的指令执行设备使用或结合该设备使用。在本文件的背景下，“计算机可读介质”可以为可含有或存储供指令执行设备使用或结合该设备使用的计算机程序的任何器件。
图3描绘了图1的处理器12的示例性处理器模块40。关于这一点，处理器12包含一个或多个处理器模块40。在一个实施方案中，处理器12包含并排位于外壳(未显示)内的4个处理器模块40，但在其它实施方案中，可以利用任何数量的模块40。每一处理器模块40被配置成接纳并处理单一盒17(图1)，以对盒17内的样本进行arm-PCR技术。当盒17被定位于处理器模块40内时，处理器模块40包含容器42，用于接纳和容纳盒17。当盒17被放置于容器42内时，模块40进一步包含至少一个位于邻近容器42的检测元件19，用于检测位于盒17的外表面上的标识符(未显示)。在一个实施方案中，检测元件19包含条形码扫描器且标识符包含条形码，但在其它实施方案中，可以使用其它类型的检测元件19和标识符。检测元件19检测标识符并将标识符传送到控制元件15(图1)，以允许控制元件15将标识符映射到预定义设置32(图2)，如上文所陈述。
一旦确定了预定义设置32，控制元件15就与机载控制元件48通信，所述机载控制元件基于设置32控制处理器模块40的操作。关于这一点，机载控制元件48控制闩锁电动机41、凸轮杆电动机43、泵销电动机44、导螺杆电动机45、加热器组件46和升降机组件47的操作。闩锁电动机41控制闩锁(未显示)的操作，如下文所更详细地论述。凸轮杆电动机43耦合到凸轮杆轴50并控制凸轮杆轴50的旋转，如将在下文更详细地论述。在一个实施方案中，凸轮杆电动机43位于模块40内的容器42后面。凸轮杆轴50水平地延伸到容器42的后开口(未显示)中且与盒17的凸轮杆(未显示)啮合以控制凸轮杆的顺时针方向和逆时针方向的旋转并且操纵移液管(未显示)在盒17内在垂直方向上向上和/或向下的移动。泵销电动机44耦合到柱塞52并控制柱塞52的横向移动，如下文所更详细地论述。泵销电动机444位于模块40内的容器42后面，且柱塞52通过容器42中的开口(未显示)横向地延伸到所述容器中。柱塞52与盒17的泵销(或“推杆”)(未显示)啮合并操作盒17内的移液管泵组件(未显示)，使得流体由于柱塞52压缩泵销而被抽吸到移液管中或从所述移液管中逐出。
此外，导螺杆电动机45可旋转地耦合到导螺杆轴53并控制导螺杆轴53的顺时针方向和逆时针方向的旋转。在一个实施方案中，导螺杆电动机45位于模块40内的容器42后面，且导螺杆轴53水平地延伸到容器42中。导螺杆轴53与盒17的导螺杆(未显示)啮合以控制移液管在盒17内的横向移动。关于这一点，在顺时针方向上旋转导螺杆轴53使导螺杆在顺时针方向上旋转，使得移液管在盒17内在一个方向上横向地行进，而在逆时针方向上旋转导螺杆轴53使导螺杆在逆时针方向上旋转，使得移液管在盒17内在相反方向上横向地行进。对盒17的凸轮杆、泵销和导螺杆的控制允许模块40操纵盒17内的移液管，使得移液管从盒17内的试剂室(未显示)或样品室(未显示)中取出流体，或将流体注射到盒17内的试剂室或检测室(未显示)中。
加热器组件46包含多个加热器55。在一个实施方案中，加热器组件46包含3个加热器55，但在其它实施方案中，其它数量的加热器55是可能的。在一个实施方案中，加热器组件46位于模块40内的容器42正下方。每一加热器55位于可调节基座56之上，所述可调节基座56可以在垂直方向上移动以调节加热器55的垂直位置，如下文将更详细地描述。在一个实施方案中，当模块40在操作时，将每一加热器55设定为特定温度并且保持在该温度。例如，在一个实施方案中，将一个加热器55设定为55℃，一个加热器55设定为72℃，并且将一个加热器55设定为95℃，但在其它实施方案中不同温度是可能的。然而，在其它实施方案中，每一加热器55的温度在操作期间的不同时间可以变化。每一加热器55均具有凹部(图3中未显示)，用于接纳位于盒17底部中的样品室。将样本插入到样品室中，并且使加热器55在不同时间与样品室啮合，以在对样本进行arm-PCR期间，加热该室。此外，在一个实施方案中，可抬升一个加热器55以接触检测室底部中的微阵列(未显示)以进行杂交和提取。
加热器组件46进一步包含基座电动机57、基板58和轨道59。基板58耦合到每一可调节基座56，并且基板58与轨道59可滑动地啮合以有助于加热器55沿着轨道59的水平移动。在一个实施方案中，电动机57与基板58可旋转地啮合以有助于基板58的水平移动(平行于x-方向)。因此，当需要对加热器55的水平位置进行调节时，电动机57使基板58沿着轨道59水平地滑动所需距离。
模块40进一步包含位于加热器组件46下方的升降机组件47。升降机组件47包含至少一个凸轮60和至少一个传感器61。在一个实施方案中，组件47包含两个凸轮60和两个传感器61，但在其它实施方案中，其它数量的凸轮60和传感器61是可能的。此外，凸轮60被配置成旋转和接触加热器基座56，以将加热器55提升到与盒17的样品室或检测室接触。在一个实施方案中，每一凸轮60是涡形的，使得当凸轮60处于原位置时，凸轮60不接触任何加热器基座56，但当凸轮60处于啮合位置时，凸轮60接触并提升加热器基座56。然而，在其它实施方案中，不同的凸轮形状是可能的。此外，在一个实施方案中，一个凸轮60被配置成将加热器55提升到样品室，一个凸轮60被配置成将一个加热器提升到检测室上的微阵列。然而，在其它实施方案中，其它配置是可能的。对应于每一凸轮60的传感器61被配置成检测凸轮60是否处于原位置并将这样的检测结果传送到部件40的机载控制元件48。
图4描绘了图3的处理器模块40的后透视图。如图4中所示，在一个实施方案中，凸轮杆电动机43通过皮带66耦合到滑轮65。滑轮65围绕凸轮杆轴50放置并且与其外表面耦合。凸轮杆电动机43耦合到机载控制元件48，所述机载控制元件48基于预定义设置32控制电动机43的操作，如上文所陈述。当电动机43旋转时，皮带66在电动机的旋转方向上旋转，由此啮合滑轮65并使凸轮杆轴50在相同方向上旋转。如上文所陈述，凸轮杆轴50的旋转引起盒的凸轮杆的旋转，所述盒的凸轮杆调节移液管在盒17内的垂直位置。在一个实施方案中，凸轮杆轴传感器67位于凸轮杆轴50和滑轮65后面，并且当凸轮杆轴50延伸经过传感器67时，凸轮杆轴传感器67检测到所述凸轮杆轴50。当检测到凸轮杆轴50时，传感器67将信号传送到控制元件48(图3)，以检测盒17的插入并将盒17维持在容器42内用于处理。
泵销电动机44耦合到柱塞52(图3)并且控制柱塞52的水平位置。在一个实施方案中，泵销电动机44包含线性电动机，但在其它实施方案中，其它类型的电动机44是可能的。电动机44耦合到机载控制元件48，并且控制元件48控制电动机44的操作以操纵柱塞52用于在盒17内进行arm-PCR，如上文所陈述。
导螺杆电动机45耦合到滑轮(图4中未显示)，所述滑轮围绕导螺杆轴53的外表面耦合。在一个实施方案中，导螺杆电动机45通过皮带68耦合到滑轮。当电动机45旋转时，皮带68在相同方向上旋转并且啮合滑轮，使得滑轮和导螺杆轴53在相同方向上在枢轴上转动(pivot)。导螺杆轴53的旋转使盒17的导螺杆旋转，由此调节移液管在盒17内的水平位置并且有助于arm-PCR。模块40进一步包含位于导螺杆轴53和滑轮后面的导螺杆轴传感器69。传感器69被配置成检测轴53并向控制元件48通知所述轴的位置以确保轴53已与盒17适当地啮合。
图5描绘了图3的加热器组件46。加热器组件46包含加热器55、基座56、基座电动机57、基板58和轨道59。在一个实施方案中，加热器组件46包含3个加热器55和3个基座56，但在其它实施方案中，其它数量的加热器55和基座56是可能的。每一加热器55位于基座56之上，且每一基座56可滑动地耦合到基板58。关于这一点，每一基座56耦合到基板58，使得基座56可以向上和向下(平行于y-方向)自由地移动。下文更详细地论述的凸轮60(图3)接触基座56且使基座56相对于基板58垂直地(平行于y-方向)滑动以使加热器55与盒17的样品室或检测室接触。此外，每一加热器55均具有位于加热器55的顶表面中的凹部70，用于接纳盒17的样品室，如将在下文更详细地论述。
基板58可滑动地耦合到轨道59，使得可以调节基板58的水平位置。电动机57控制基板58的移动。因此，当设置32要求所需加热器55与盒17接触时，电动机57调节基板58的水平位置，使得所需加热器55在被垂直地抬升时将与盒17接触。在一个实施方案中，基板58与轨道59啮合且具有螺纹通道(未显示)，用于接纳水平定向的螺纹杆71。杆71耦合到电动机57，且电动机57的旋转引起杆71的旋转，由此沿着轨道59调节基板58的水平位置。然而，在其它实施方案中，用于调节加热器55的位置的其它器件是可能的。
图6描绘了图3的加热器55的示例性实施方案。在一个实施方案中，加热器55包含金属，但在其它实施方案中，其它材料是可能的。加热器55具有平坦顶表面73，所述平坦顶表面73具有向下延伸到表面73中的内凹的凹部70。凹部70的尺寸可接纳盒17(图1)的样品室，使得所述室配合于凹部70中且所述室的外表面接触界定凹部70的表面。
在一个实施方案中，加热器55包含至少一个紧靠凹部70放置的磁体(未显示)。在一个实施方案中，加热器55包含可以在需要时被选择性地激活以磁性地耦合到样品室内的金属珠粒(未显示)的多个电磁体。关于这一点，机载控制元件48将控制信号发送到加热器55以激活加热器中的电磁体，由此产生磁性地耦合到室内珠粒的磁通量。珠粒结合来自样本的DNA，并且电磁体通过样品室磁性地耦合珠粒以在所述室内以所需定向对珠粒进行定位。与珠粒磁性地耦合有助于arm-PCR过程中的步骤，例如，流体的添加和/或移除，不会从该室中无意地移除珠粒。作为示例，电磁体可以与珠粒磁性地耦合以使所述珠粒保持在样品室的底部中。所述磁体还提供了珠粒在室内的足够间隔，使得附着到珠粒的所有DNA都暴露于arm-PCR过程。在其它实施方案中，其它类型的磁体(例如，永久磁体)是可能的。当加热器50被提升到啮合位置并接纳样品室时，加热器55将热转移到该室，由此进行arm-PCR过程中的步骤。
在一个示例性实施方案中，将靠近凹部70底部的电磁体激活以将珠粒拉向样品室的底部。为了搅拌或混合珠粒，将这样的电磁体去激活，并且将另一电磁体(例如，靠近凹部70一侧的电磁体)激活以从室底部移动珠粒。然后颠倒电磁体的激活状态以将珠粒再次拉向样品室的底部。然而，在其它实施方案中，磁体可以包含永久磁体，所述永久磁体分别通过抬升和降低磁体而被激活和去激活。
加热器55进一步包含位于加热器55的一侧上的电接口75。接口75接收来自电源(未显示)的电力，由此使得加热器55能够达到如预定义设置32(图2)所陈述的所需温度。关于这一点，加热器55具有内部或外部电阻元件(未显示)，当向所述电阻元件施加电流时，其会产生热。因此，控制元件48可以通过控制借助电接口75施加到电阻元件的电信号来控制何时通过加热器55产生热。接口75也与控制元件48通信，且控制元件48通过处理器接口(图2)与控制元件15通信并且允许控制逻辑31基于设置32激活加热器55内的所需磁体。
图7描绘了图3的升降机组件47的示例性实施方案。如上文所陈述，在一个实施方案中，升降机组件47包含至少一个凸轮60和至少一个传感器61。组件47进一步包含基座单元77、凸轮60和传感器61。凸轮60可旋转地耦合到基座单元77。在一个实施方案中，基座单元77含有至少一个电动机(未显示)，用于控制凸轮60的旋转，且基座单元77耦合到机载控制元件48。机载控制元件48与控制元件15(图1)通信以允许控制逻辑31(图2)基于预定义设置32(图2)控制凸轮60的旋转。
传感器61也耦合到机载控制元件48，且传感器61被配置成检测相应的凸轮60是否处于原位置并将这样的检测结果传送到控制元件48。在一个实施方案中，传感器61包含近程式传感器，但在其它实施方案中，其它类型的传感器61是可能的。控制元件48基于检测结果与如适用设置32中所界定的凸轮60的所需定向的比较来控制凸轮60的旋转。例如，如果传感器61检测到凸轮60处于原位置，但设置32要求位于凸轮60上方的加热器55加热盒17，那么控制元件48会使电动机旋转，由此使凸轮60旋转到啮合位置，这使凸轮60接触基座56并将加热器55提升到啮合位置。
在一个实施方案中，当盒17在容器42(图3)内时，将一个凸轮60放置于盒17下方，使得凸轮60与样品室垂直地对准。因此，当凸轮60旋转到啮合位置时，在凸轮60上方对准的加热器55将被提升到样品室，使得凹部70(图6)将接纳样品室。此外，在一个实施方案中，另一凸轮60位于盒17下方，使得凸轮60与检测室垂直地对准，并且当凸轮60旋转到啮合位置时，在凸轮60上方对准的加热器55将接触微阵列。然而，在其它实施方案中，凸轮60的其它定向是可能的。
图8描绘了图3的凸轮杆轴50的示例性实施方案。在一个实施方案中，凸轮杆轴50包含金属，但其它材料是可能的。凸轮杆轴50包含具有狭槽81的轴部分80。轴部分80从滑轮65(图4)延伸并进入容器42(图3)中。狭槽81接纳位于盒17(图1)的凸轮杆末端上的旋钮(未显示)。因此，凸轮杆电动机43的旋转引起轴部分80的旋转，由于狭槽81与凸轮杆的啮合而由此引起凸轮杆的旋转。凸轮杆的旋转调节移液管在盒17内的垂直位置，如上文所陈述。虽然图8的凸轮杆轴50具有狭槽81，但在其它实施方案中，用于与凸轮杆啮合的其它器件是可能的。
图9描绘了图3的柱塞52的示例性实施方案。在一个实施方案中，柱塞52包含金属，但其它类型的材料是可能的。柱塞52包含基座部分85和尖端86。基座部分85从泵销电动机44(图3)延伸，并且尖端86从基座部分85延伸到盒17的泵销。泵销电动机44使柱塞52在水平方向上移动，由此使移液管释放和逐出盒17内的流体，如上文所陈述。虽然图9中公开了柱塞52，但在其它实施方案中，用于啮合泵销的其它器件是可能的。
图10描绘了图3的导螺杆轴53的示例性实施方案。在一个实施方案中，导螺杆轴53包含金属，但其它材料是可能的。导螺杆轴53包含具有狭槽89的轴部分88。轴部分88从耦合到导螺杆电动机45(图3)的滑轮(图4中未显示)延伸并进入容器42(图3)中。狭槽89接纳位于盒17(图1)的凸轮杆末端上的导螺杆(未显示)。因此，导螺杆电动机45的旋转引起轴部分88的旋转，由于狭槽89与导螺杆的啮合而由此引起导螺杆的旋转。导螺杆的旋转调节移液管在盒17内的水平位置，如上文所陈述。虽然图10的导螺杆轴53具有狭槽89，但在其它实施方案中，用于与导螺杆啮合的其它器件是可能的。
图11描绘了接纳盒17的样品室的加热器55。盒17位于容器42内。如由图11所示，升降机组件47与加热器组件46啮合。关于这一点，升降机组件47的凸轮60旋转到啮合位置，使得凸轮60接触加热器55的基座56。凸轮60与基座56之间的接触使基座56相对于基板58升高，使得加热器55朝向容器42向上提升。
加热器55的凹部70(图6)接纳从盒17的底部表面延伸的样品室(未显示)。加热器55将热和/或磁场转移到样品室以进行arm-PCR过程中的步骤。凸轮60保持处于啮合位置，使得加热器55接触盒17，直到控制逻辑32(图2)基于预定义设置32命令凸轮60返回到原位置。当凸轮60返回到原位置时，凸轮60旋转脱离与基座56的接触，使得基座56由于重力或复位弹簧(未显示)而返回到相对于基板58降低的位置。
图12描绘了图1的读取器14的示例性实施方案。在一个实施方案中，读取器14包含位于外壳98内的驱动组件95、飞轮组件96和光学组件97。驱动组件95位于飞轮组件96上方，且驱动组件95被配置成与飞轮组件96啮合并控制飞轮组件96的旋转，如将在下文更详细地论述。驱动组件95包含大滑轮100、小滑轮101和皮带102。皮带102围绕大滑轮100和小滑轮101紧密配合，使得小滑轮101的旋转由于皮带102而引起大滑轮100的旋转。小滑轮101通过从驱动组件95向下延伸的polyflex轴(图12中未显示)耦合到电动机(未显示)，且所述电动机控制小滑轮102的旋转。大滑轮102通过飞轮轴(图12中未显示)耦合到飞轮组件96。因此，电动机通过驱动组件95控制飞轮组件96的旋转。
飞轮组件96包含飞轮105和位于飞轮105的顶表面之上的多个容器106。在一个实施方案中，飞轮105是圆形的且具有位于飞轮105之上的4个容器106，但在其它实施方案中，其它数量的容器和形状的飞轮105是可能的。每一容器106的尺寸可接纳盒17(图1)。此外，每一容器106面对飞轮105的边缘，使得可以将试剂盒17插入每一容器106中，此时这样的容器朝向读取器14的前面。飞轮105具有多个开口(图12中未显示)，用于允许光学组件97检测位于飞轮组件96内的每一盒17的微阵列，如将在下文更详细地论述。飞轮组件96被配置成以高速度旋转，从而允许光学组件97快速地扫描组件96内每一盒17的微阵列。
光学组件97可滑动地安装到外壳98的飞轮支撑板110。光学组件97被配置成检测位于飞轮组件96内每一盒17的微阵列并将指示微阵列的数据传送到本地控制元件109。控制元件109与控制元件15(图1)通信以控制读取器14的部件的操作。光学组件97沿着位于外壳98的支撑板110上的轨道108缓慢地滑动，使得组件97扫描旋转飞轮组件96内每一盒17的整个微阵列，如将在下文更详细地论述。
图13描绘了图12的移除驱动组件95的读取器14。如图13中所示，飞轮组件96包含飞轮105和位于飞轮105之上的多个容器106。每一容器106接纳盒17。飞轮105位于刚性地安装到外壳98的飞轮支撑板110之上。飞轮105可旋转地安装到支撑板110并且可相对于支撑板110360度旋转。支撑板110具有开口(未显示)，用于允许来自光学组件97的光穿过到达盒17的微阵列以允许光学组件97捕获由微阵列检测到的指示目标病原物的数据。
图14描绘了图12的移除驱动组件95和飞轮组件96的读取器14。光学组件97包含安装到安装板116的光学立方体组件(OCA)114和激光器115(图14中未显示)，如下文所更详细地论述。OCA114包含透镜117，用于检测位于飞轮组件96(图12)内的每一盒17的微阵列(图1)。光学组件97耦合到控制元件109，且光学组件97被配置成将指示每一盒17的微阵列的图像的信号传送到控制元件15。控制元件15比较每一盒17的图像与盒17的预定义数据35以确定是否已在盒17内的样本中检测到目标病原物。
读取器14进一步包含被配置成向读取器14的部件供应电力的电源120。电源120可以供应电力，以用于向读取器14的例如激光器115、电动机(未显示)和传感器(图14中未显示)等电部件供电。
图15描绘了图12的读取器14的驱动组件95的示例性实施方案。如上文所陈述，驱动组件95包含大滑轮100、小滑轮101和皮带102。大滑轮100一般为圆形，且大滑轮100与飞轮105(图12)垂直地对准。大滑轮100耦合到飞轮轴(未显示)，且飞轮轴从大滑轮100的中心向下延伸到飞轮105的中心以使大滑轮100与飞轮105耦合。
小滑轮101与电动机(未显示)垂直地对准。小滑轮101耦合到polyflex轴123，且轴123从小滑轮101向下延伸到电动机以使小滑轮101耦合到电动机。小滑轮101通过耦合机构125耦合到轴123。在一个实施方案中，耦合机构125包含定位销、螺杆、螺母和垫圈，其中螺杆与轴内的螺纹通道啮合以使小滑轮101耦合到轴123。然而，在其它实施方案中，其它类型的耦合机构125是可能的。电动机控制polyflex轴123的旋转，且polyflex轴123的旋转引起小滑轮101的旋转。皮带102围绕大滑轮100和小滑轮101定位，使得皮带紧紧地拉伸，且一个滑轮100和101的旋转导致另一滑轮100和101的旋转。因此，电动机的旋转引起小滑轮101的旋转，并且小滑轮101的旋转通过皮带102引起大滑轮100的旋转。大滑轮100的旋转引起飞轮105的旋转。因此，电动机通过驱动组件95控制飞轮105的旋转。
图16描绘了图12的飞轮组件96的示例性实施方案。如上文所陈述，飞轮组件96包含飞轮105和位于飞轮105的顶表面上的多个容器106。每一容器106的尺寸可以接纳盒17(图1)。在一个实施方案中，飞轮组件96包含相互垂直地定位的4个容器106。因此，读取器14可以同时读取4个盒17。此外，在一个实施方案中，多个读取器14可以相互耦合以同时读取多个盒17。例如，12个读取器14可以连接以同时处理48个盒17。然而，在其它实施方案中，其它数量的盒17可以同时被读取器14读取。在一个实施方案中，当盒17并不位于每一容器内时，每一容器106包含自动平衡器(未显示)，用于在读取过程期间维持飞轮的平衡。
飞轮轴(未显示)从飞轮105的中心在容器106的背面之间垂直地延伸以将飞轮105耦合到大滑轮100，如上文所陈述。飞轮105相对于飞轮支撑板110(图13)自由地360度旋转以允许每一盒17根据需要朝向读取器14(图12)的前面定向。注意，当盒17位于容器106内时，每一容器106被定位成使得盒17的微阵列与飞轮105中的开口(图16中未显示)对准以允许光学组件97检测所述微阵列。
飞轮105以高速率旋转，例如以高于400rpm的水平旋转。飞轮105和其它相关零件在高速度旋转期间经受了增加水平的动能。因此，必须小心地平衡飞轮105中的负荷。当飞轮105以高速度旋转时，小的质量负荷差异可以导致大的力失衡。失衡的飞轮105可能会永久性地损害读取器14或其它装置部件，造成对装置用户的伤害或造成样品的污染。一般地，使飞轮105平衡是通过使用盒17与全部具有相同重量的平衡装置的组合或通过使用没有平衡装置的各种平衡模式实现的。
图25和26描绘了飞轮容器106的示例性实施方案。在一个实施方案中，容器106包含外壳200。现在转到图25，外壳200包含具有斜凹部204的第一侧面202。凹部204在上部侧面208和下部侧面210上具有均匀间隔且尺寸相同的齿206。齿206向内突出到斜凹部204中。
图26图解说明了外壳200的第二侧面212。第二侧面212具有斜凹部214，所述凹部在下部侧面218(未显示，参见图16)上具有均匀间隔且尺寸相同的齿216。齿218突出到斜凹部中(图16)。第一侧面202和第二侧面212含有同时具有销钉222和凹槽224的锁定突舌220。连接锁定突舌220牢固地链接第一侧面202与第二侧面212。当接合时，第一侧面202和第二侧面212形成接纳盒17的容器106。
图27A描绘了用于在高速度旋转期间平衡含有非偶数个盒17的飞轮105的齿轮配重块240。齿轮配重块240包含具有两个旋转小齿轮246、250的第一侧面242。齿轮246、250各自包含具有径向突出的互锁齿248、252的盘状物。每一齿248、252的边缘是直的且与旋转轴平行对准。齿轮246和250具有精确的大小，从而允许将其安装到外壳200的第一侧面202上的斜凹部204中(图25)。此处，齿轮齿248、252与非旋转齿206(图16)啮合。参考图27A和27C，配重块240还包含具有一个含有齿256的旋转小齿轮254的第二侧面244。齿轮254具有精确的大小，从而配合到外壳202的第二侧面212上的斜凹部214中。齿256与非旋转齿216(图16)啮合。齿轮246、250和254与非旋转齿206的精确对准允许配重块240沿着成角度斜凹部204和214上下移动。齿轮齿248、252和256与非旋转齿206的啮合维持配重块240处于直立位置并且阻止配重块240在斜凹部204和214内倾斜、旋转或以其它方式变得不对准。
图13描绘了含有盒17的飞轮容器106的示例性实施方案。在这一实施方案中，将盒17插入容器106中。盒27相交于容器106中使盒17的后端265与配重块240接触。盒17移动到所述容器中将力施加到配重块240上并启动齿轮246、250和254的旋转。这一旋转引起齿轮齿248、252和256与非旋转齿206的啮合和脱离，导致配重块240沿斜凹部204、214向上移动。盒17的完全插入将配重块240存放于容器106的与插入盒的地方相对的末端。配重块240现在位于靠近飞轮106的中心并且由于盒17的存在而被阻止沿着所述容器向下移动(图13)。因此，即使在飞轮106以高速度旋转期间，配重块240仍将维持这一中心位置。另外，飞轮106的平衡中心将保持在装置的中点处或附近，从而防止旋转期间的任何力失衡。
在另外的实施方案中，从容器106移除了盒17。重力使配重块240沿着斜凹部204、214向下移动。这些力引起齿轮246、250和254的旋转以及齿轮齿248、252和256与非旋转齿206的啮合和脱离。配重块240沿着斜凹部204、214向下移动，直到齿轮246、250和254抵靠在斜凹部204和214的底部边缘260上。底部边缘260然后阻止配重块240的进一步移动。如上文所述，齿轮齿248、252和256与非旋转齿206的啮合维持配重块240处于直立位置并且阻止配重块240在斜凹部204和214内倾斜、旋转或以其它方式变得不对准。在旋转开始后，离心力进一步推动配重块240远离飞轮17的旋转中心。然而，底部边缘260阻止配重块240移离飞轮17。配重块240靠近容器106的开口放置产生了类似于插入盒17时所观察到的重心。因此，无论哪个外壳200中插入了盒，飞轮106均可自动地平衡。
关于这一点，如果将盒17插入每一外壳200中，那么由外壳200(包括盒17和配重块240(其全部被推动到接近如上文所述的飞轮105的中心))施加于飞轮105上的力矩是均匀地分布的，使得飞轮105是平衡的，并且飞轮应当会平稳地旋转，而没有摆动或其它扰动。如果从任一外壳200移除盒17，那么用于这一外壳200的配重块240就从飞轮105的中心附近自动地移动到远离这一中心的位置，直到齿轮246、250和254抵靠斜凹部204、214的底部边缘260上，如上文所述。配重块240的质量被选择成使得由缺少了盒17的所述外壳200施加于飞轮240上的力矩大体上等于由插入了盒17的另一外壳200施加于飞轮240上的力矩。也就是说，远离飞轮的中心移动配重块240增加了由配重块240导致的力矩，由此适应移除的盒17。因此，无论哪个外壳200中实际上插入了盒17，由所有外壳200施加于飞轮105上的力矩均大体上相等且绕飞轮105均匀地分布，使得飞轮105在旋转期间保持平衡且不会摆动或经历其它扰动。
图17描绘了图12的飞轮105。飞轮105具有多个微阵列开口130，所述微阵列开口130垂直地延伸穿过飞轮105。盒17的微阵列可以与每一开口130对准以允许位于飞轮105下方的光学组件97捕获由每一盒17的微阵列检测到的指示目标病原物的数据。在一个实施方案中，飞轮105具有对应于4个容器106的4个微阵列开口130(图12)，但在其它实施方案中，任何数量的容器106和开口130是可能的。
飞轮105还具有用于接纳飞轮轴(未显示)的中心开口131。飞轮105通过开口131耦合到飞轮轴，且飞轮轴垂直地延伸以将飞轮105耦合到驱动组件95(图12)的大滑轮100(图12)。飞轮105由驱动组件95通过轴旋转。
图18描绘了图17的飞轮105的底部透视图。在一个实施方案中，飞轮105包含在飞轮105的底部表面上绕中心开口131360度延伸的轮缘135。轮缘135指示飞轮105的定向，使得控制元件109(图12)和控制元件15(图2)可以了解哪个盒17对应于哪个微阵列数据。作为示例，在一个实施方案中，轮缘135具有三个小间隙137和一个大间隙138，但在其它实施方案中，其它数量的间隙137是可能的。
传感器(未显示)耦合到控制元件109并检测轮缘135中的间隙137和138。在一个实施方案中，传感器包含检测轮缘135的近程式传感器，但在其它实施方案中，其它类型的传感器是可能的。当传感器检测到轮缘中的间隙137或138时，传感器将指示间隙137或138的大小的信号传送到控制元件109。当飞轮105快速地旋转时，传感器将指示轮缘135中的间隙137和138的大小的信号反复地传送到控制元件109，由此指示每一盒17在飞轮105上的定向。关于这一点，控制元件109通过每一盒17与大间隙138的关系来识别每一盒17。通过检测容器106中的盒17的标识符的检测元件(未显示)，或通过用户经由用户输入接口26(图2)手动输入标识符，控制元件109将每一盒17与其相应的容器106关联。例如，在一个实施方案中，大间隙138与特定容器106垂直地对准。控制元件109将大间隙138与所述容器106中的盒17关联，且控制元件109将所述盒17识别为第一盒17，并且通过飞轮105上的所有其它盒17依序与第一盒17的距离来识别其它盒17。因此，当控制元件109接收到来自传感器的指示检测到大间隙138的信号时，控制元件109将此时由光学组件97检测到的微阵列数据与第一盒17关联。控制元件109进一步将对应于小间隙137的后续微阵列数据与其相应的盒17关联。因此，控制元件109可以基于盒相对于大间隙138的位置精确地关联微阵列数据与适当的盒17。
图19描绘了图12的光学组件97的示例性实施方案。光学组件97包含安装到安装板116的OCA114和激光器115。组件97通过导轨140可滑动地安装到轨道108(图12)。图20描绘了盒17(图1)的示例性微阵列144。微阵列144包含以多行146-149定向的多个点145。点145预先形成于微阵列144上，且每一点由不同材料构成。如果样本中存在特定目标病原物，那么所述目标病原物的DNA就结合到某些点145。图20中所示的示例性微阵列144包含各自具有4个点145的4行146-149，但在其它实施方案中，不同数量的行146-149、点145和点图案是可能的。光学组件97沿着轨道108的移动允许光学组件97检测微阵列144的一个维度，而飞轮105(图12)的旋转允许光学组件97检测微阵列144的另一维度。关于这一点，当飞轮105旋转时，光学组件97进行光栅扫描(其中光学组件97是静止的)并利用激光器扫描微阵列144中的一行146的点145。在飞轮105完全旋转至少一次后，光学组件97水平地滑动以扫描下一行147的点145。光学组件97继续这一过程，直到已扫描了每一行146-149的点145。因此，同时旋转飞轮105和沿着轨道108滑动光学组件97允许光学组件97捕获指示位于飞轮105上的每一盒17的微阵列144的数据。
再次参考图19，OCA114包含附接到分束器立方体142的透镜117，且OCA114被配置成基于在用激光束照射时哪个点发荧光来确定哪个DNA已结合到点，如下文所更详细描述。关于这一点，激光器115将激光束(未显示)传送到OCA114中并且所述激光束行进到分束器立方体142中。一部分光束被反射且通过透镜117离开OCA114。在一个实施方案中，将镜子(未显示)放置于分束器立方体142内且使激光束改变方向离开透镜117，但在立方体142内反射光束的其它方法是可能的。激光束被传送到盒17上的微阵列144并且使附着到微阵列144的点145的被扩增的DNA发荧光。荧光点145对应于设计arm-PCR过程以进行检测的目标病原物。关于这一点，arm-PCR过程扩增对应于特定目标病原物的DNA。特定目标病原物的被扩增的DNA附着到微阵列144中的特定点145，并且当使其暴露于激光束时，点145发荧光。荧光点145是由光检测元件143通过透镜117检测的。在一个实施方案中，光检测元件143包含光电倍增管(PMT)，但在其它实施方案中，不同类型的光检测元件143是可能的。例如，在一个实施方案中，可以使用高灵敏度照相机来捕获读取器14内的每一盒17上的微阵列的图像。
当光学组件97沿着轨道108移动时，对微阵列145中的每一点145的荧光进行了检测。如果光检测元件143检测到荧光点145，那么控制逻辑32(图2)就对测试数据34(图2)中的所述点145进行标记。控制逻辑32为微阵列144中的每一点145进行这一标记，使得测试数据34中对应于被检测的目标病原物的所有荧光点145均被标记。控制逻辑32比较指示荧光点145的测试数据34与预定义数据35(图2)并且通过用户输出接口28(图2)将这一比较的结果传送给用户，如上文所陈述。因此，用户可以基于测试数据34与预定义数据35的比较对样本做出诊断。
图21描绘了图19的OCA114的分解图。OCA114包含分束器立方体142、透镜117、输入构件150和光检测构件151。输入构件150位于OCA114的一侧上并且朝向激光器115(图19)定向。输入构件150接收来自激光器115的激光束并且允许所述光束进入分束器立方体142中。分束器152位于立方体142内，且分束器152被配置成使一部分激光束朝向透镜117改变方向。透镜117位于OCA114的顶部上，且透镜117将从分束器152接收的所述部分激光束聚集到微阵列144(图20)上以使微阵列144中附着了被扩增的DNA的点145发荧光。来自点145的荧光行进回到透镜117中，穿过立方体142并且通过光检测构件151离开OCA114。
光检测构件151位于OCA114的底部上且通过套筒155耦合到光检测元件143(图19)。光检测构件151允许来自微阵列144的荧光传到光检测元件143以供传送到控制元件109。OCA114进一步包含光束收集构件156。光束收集构件156被配置成接收未被反射通过透镜117的一部分激光束并收集所述激光束。OCA114使来自激光器115的激光束改变方向并捕获来自微阵列144中由于暴露于所述激光束而发荧光的点145的荧光。指示哪些点发荧光的数据被传送到控制元件15以供与预定义数据35进行比较。
图22描绘了开放平台目标解决方案系统170的示例性实施方案。系统170包含至少一个通过网络176耦合到服务器175的通信设备172。在一个实施方案中，服务器175主存(host)至少一个网页180并且包含引物选择逻辑182、引物数据183、目标测试逻辑185和目标解决方案数据186。用户(例如，目标解决方案开发人员)可以利用通信设备172来访问网页180以确定用于检测特定目标病原物的引物。关于这一点，用户需要使用用于进行PCR扩增的开放平台系统来检测未管理的目标病原物。通信设备172通过网络176(例如，因特网)与服务器175通信，以确定用于给定目标病原物的适当引物。在一个实施方案中，用户将目标病原物的基因序列输入到网页180中。基于所输入的基因序列，引物选择逻辑182访问引物数据183并且识别用于检测目标病原物的至少一组引物。关于这一点，引物数据183将各种引物与特定基因序列相关联。引物选择逻辑182通过网页180将所建议的引物显示给用户。
基于来自服务器175的所建议的引物，用户可以将所述引物插入到盒17(图1)中并且通过从预定义设置32(图2)中选择一组设置(例如，高特异性设置、高灵敏度设置或标称设置)来对样本进行开放平台测试，如上文所陈述。用户可以使用由引物选择逻辑182建议的多种引物组合和多种不同组的设置32对样本进行所需次数的测试，直到识别出成功的测试。关于这一点，引物和设置32的不同组合可以在检测目标病原物中产生具有不同可靠性程度的结果。一旦用户确定了用于检测目标病原物的引物和设置的可靠组合的测试，用户就识别出了用于该目标病原物的解决方案(例如，“目标解决方案”)。
在确定了目标解决方案后，用户可以再次通过网页180访问服务器175以将其目标解决方案提交给服务器175。关于这一点，用户可以将其用于目标病原物的引物与设置的组合作为用于检测目标病原物的解决方案呈现给服务器175，并且用户可以将其组合提供给对获得用于目标病原物的解决方案感兴趣的第三方用户。为此，用户通过网页180访问服务器175，并且用户指出其已确定了用于目标病原物的解决方案。用户然后手动地输入用于目标解决方案的目标病原物、引物和识别来自预定义设置32中的那组设置的输入。在一个实施方案中，服务器管理员可以通过进行由目标解决方案界定的测试来验证目标解决方案以确保目标解决方案是有效的。然而，在其它实施方案中，用于确认目标解决方案的其它方法是可能的。
目标测试逻辑185向用户提供了将目标解决方案存储在目标解决方案数据186中的机会。目标解决方案数据186指示了用于各种目标病原物的引物和设置32。因此，如果用户选择将目标解决方案存储于目标解决方案数据186中，那么第三方用户就可以获得所述目标解决方案。在一个实施方案中，用户可以向第三方用户提供待售的目标解决方案。关于这一点，一旦将目标解决方案存储于目标解决方案数据186中，那么第三方用户(例如，“终端用户”)就可以通过另一通信设备172访问服务器175。终端用户然后可以通过网页180浏览目标解决方案数据186以识别出用于其需要检测的目标病原物的目标解决方案。
在识别出所需目标解决方案后，终端用户然后可以从服务器175购买或以其它方式获得目标解决方案。关于这一点，在一个实施方案中，终端用户可以通过网页180提供其希望购买用于给定目标病原物的特定目标解决方案的表示。服务器管理员或开发目标解决方案的用户然后可以将被配置成进行目标解决方案的一个或多个盒17运送到终端用户。例如，所述盒17可以装有用于检测目标解决方案的适当引物且在每一盒17上可以具有标识符(例如，条形码)，并且服务器管理员可以刷新ID映射数据33以将所述标识符映射到用于所需目标解决方案的一组适当的预定义设置32和预定义数据35。因此，终端用户接收被配置用于检测目标解决方案的一个或多个盒17，而无需了解在所述目标解决方案中使用了哪些特异性引物和哪组设置32。关于这一点，系统10可以提供目标病原物是否在所测试的样本中的指示，而无需终端用户了解测试细节。在其它实施方案中，如果需要，可以将有关目标解决方案的信息(例如，所述引物和组的设置32)直接提供给终端用户。
图28描绘了盒17的示例性实施方案。参考图28，盒具有可操作地连接到可旋转凸轮杆216的移液管220，使得杆216的旋转导致移液管220在垂直方向上向上和/或向下的相应移动。移液管架228支撑盒移液管220并引导其上下移动，移液管架228由盒17支撑并且可滑动地位于其内。位于盒17内的导螺杆224可操作地连接到移液管架228，使得导螺杆224的旋转产生移液管架228的相应横向移动，由此形成了用于在扩增/检测过程的每一阶段将移液管220定位于适当流体孔249上方的方式。
盒17的基座204包含至少一个样品室242和至少一个用于容纳试剂(未显示)的试剂室249。试剂室249可以具有相同、类似或不同的大小、形状和深度并且可以布置于盒17的基座204中的多个位置。所需试剂(未显示)被放置于适当的试剂室249内，使得当所述过程在盒17内进行时，盒移液管220可以收集进行提取和两步式双引物组扩增所需的试剂。试剂室249可以预先加载，并优选在装运前用包含以下材料的密封材料密封：所述材料将在装运和储存期间保持就位，但容易被盒移液管向下移动的力穿孔，以打开试剂室249以允许使用盒移液管220取回内容物。一种单独地或作为整体的适于密封试剂室的此类材料是薄铝箔片(未显示)。在本公开的各个方面，在试剂室中有将分别装靶特异性引物和共同的非靶标特异性引物的两个试剂室。将这些引物用于第一和第二扩增反应，第一扩增具有靶特异性以提供代表可在样品内发现的多种靶标的DNA和/或RNA的扩增子，且第二扩增被共同引物引发以允许对第一扩增的扩增子的半定量非特异性扩增。在所述两步式过程中，被靶特异性引物引发的第一扩增提供了特异性，而被共同引物引发的第二扩增增加了灵敏度。
还在盒17的基座204中提供了含有微阵列244的检测室248，用于检测在两步式ARM-PCR方案中扩增的DNA。微阵列为所属领域内已知且用于制备靶特异性微阵列的方法为所属领域的技术人员所熟知。
盒顶部中的填充口214允许用户将移液管(未显示)从盒外部的环境插入到样品室242中。透明塑料窗口(未显示)可以形成于盒17中这样的位置：当将移液管插入到盒17中以存放待分析的样品(未显示)时，所述窗口允许用户看见用户的移液管尖端(未显示)。在一个实施方案中，透明观察窗口被构造成耐受盒的温度极值。或者，盒17的整个壳体可以由透明或半透明塑料形成，从而允许用户看见盒17的内部运作情况。
在一个实施方案中，位于盒顶部上的填充口盖212将为一次性操作盖，意味着一旦盖在样品插入后被密封，就不能将它重新打开，由此维持密封的完整性并保持系统封闭。在另一实施方案中，可以利用滑动门210，使得一旦将样品(未显示)引入盒17中，滑动门210就可以滑动并锁定就位。填充口盖212将填充口214密封。在一个实施方案中，填充口214具有0.3英寸的最小内径以允许将20μl移液管插入穿过填充口214并插入样品室242中。在本公开的其它实施方案中，填充口214可以为其它大小。
盒移液管220以垂直的上下方式的移动是通过凸轮杆216提供的，所述凸轮杆216借助于固定不动地耦合到凸轮杆216的机械接口218连接到处理器模块40，从而允许盒移液管220的移动受到处理器模块40控制。在一个实施方案中，机械接口18是旋钮，然而，在其它实施方案中可以使用其它机械接口。
盒移液管220由移液管架228支撑并保持就位。移液管架228可滑动地沿着盒17的长度被接纳。移液管架228可以沿着盒17的同一横向平面由可以模制到盒17的侧面中的第一和第二导轨(未显示)保持。所述导轨可以彼此平行地垂直放置和水平地位于盒17的末端之间。移液管架228可操作地连接到导螺杆224。导螺杆224借助于导螺杆224与移液管架228之间的阳-阴螺纹对以螺纹方式接纳到移液管架228中。机械接口240固定不动地连接到导螺杆224，从而允许进行顺时针方向和逆时针方向的旋转。机械接口240的旋转使导螺杆224旋转，移液管架228遵循导螺杆224的螺纹并且沿着盒17的长度沿着导螺杆224横向地移动。逆转导螺杆224的旋转方向引起移液管架228的移动的相应逆转。通过控制导螺杆228的旋转次数和旋转方向，移液管可以精确地定位于位于基座204中的任一试剂室249或样品室242上方。在一个实施方案中，机械接口240是旋钮，然而，在其它实施方案中，可以使用其它类型的机械接口。
应当强调的是，图28和29的盒17是示例性的，且在其它实施方案中，可以使用其它类型的盒。

Claims (10)

1.一种系统，其包含：
自含式盒，其装有核酸样品且具有可移动移液管；和
处理器，其被配置成接纳和操纵用于对所述核酸样品进行聚合酶链式反应(PCR)的所述盒，所述处理器被配置成移动所述移液管并在所述PCR期间加热所述核酸样品。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述盒包含连接到所述移液管的凸轮杆，其中所述处理器具有与所述凸轮杆啮合的凸轮杆轴，其中所述凸轮杆轴的旋转使所述凸轮杆旋转，从而使所述移液管移动。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器使所述盒将核酸存放于所述盒内的微阵列上。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述盒与标识符关联，其中所述处理器包含用于存储预定义设置组的存储器，其中所述处理器被配置成确定所述标识符并将所述标识符映射到所述预定义设置组中的一组，且其中所述处理器被配置成基于所述一组预定义设置来控制所述PCR。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述标识符显示于所述盒上，且其中所述处理器包含被配置成读取所述标识符的检测元件。
6.一种方法，其包括：
将自含式盒接纳于处理器中，所述盒装有核酸样品；
通过所述处理器对所述核酸进行聚合酶链式反应(PCR)；
通过所述处理器移动所述盒内的移液管；和
在所述PCR期间通过所述处理器加热所述核酸。
7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：
使所述盒的凸轮杆与所述处理器的凸轮杆轴啮合，所述凸轮杆连接到所述移液管；和
通过所述凸轮杆轴旋转所述凸轮杆，由此使所述移液管移动。
8.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括使所述盒将核酸存放于所述盒的微阵列上。
9.根据权利要求6所述的方法，其中将所述盒与标识符关联，且其中所述方法进一步包括：
在所述处理器的存储器中存储预定义设置组；
确定所述标识符；和
将所述标识符映射到所述预定义设置组中的一组，其中所述进行所述PCR是基于所述一组预定义设置。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括从所述盒读取所述标识符。
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