CN105377432A - 用于生物样本的箱子和箱子固持器及相对应的使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理多个生物样本的系统包含支架和温度控制器。所述支架经配置以固持箱子，所述箱子包含内部腔室和位于所述内部腔室内的衬底，所述衬底包含多个隔离的反应位置，所述反应位置包含一个或多个生物样本。所述温度控制器经配置以在所述一个或多个生物样本上的分析或反应期间维持或控制以下各者中的至少一个的温度：所述支架、所述箱子或所述一个或多个生物样本。所述支架还经配置以在所述分析或反应期间将所述衬底的表面中的至少一个维持在相对于水平平面成正角处。

Description

用于生物样本的箱子和箱子固持器及相对应的使用方法
技术领域
本发明大体上涉及用于观察、测试和/或分析一个或多个生物样本的系统、装置以及方法，且更确切地说涉及用于观察、测试和/或分析生物样本的阵列的系统、装置以及方法。
背景技术
用于生物反应和生物化学反应的系统已经被用来实时地且在后运行或终点分析法期间监测、测量和/或分析此类反应。此类系统可以包含光学阅读机，其通常用于测序、基因分型、聚合酶链反应(PCR)以及其它生物化学反应中以监测进程并且提供定量数据。例如，可以在实时PCR(qPCR)反应中使用光学激发光束来照射杂交探针或分子信标，以提供指示靶基因或其它核苷酸序列的量的荧光信号。另外，终点光学阅读机可以用来在已经完成反应之后提供数据以例如用于数字PCR(dPCR)分析。对每次测试或实验提供更大反应数目的不断增加的需求已经促成了能够同时实施更高数目的反应的仪器。
测试或实验中的样本点数目的增加已经导致微量滴定板以及提供更小样本体积的其它样本格式。另外，例如数字PCR(dPCR)等技术已经增加了对在大量测试样本的全部或大部分中包含零个或一个靶核苷酸序列的更小样本体积的需求。存在对将以高密度样本格式提供可靠数据的系统以及样本格式的需要。
附图说明
本发明的实施例可以在结合附图阅读时从以下详细描述中得到更好的理解。仅用于说明性目的的此类实施例描绘了本发明的新颖且非显而易见的方面。图式包含以下图式：
图1是根据本发明的实施例的用于处理多个生物样本的系统。
图2是包括多个通孔的根据本发明的实施例的样本固持器。
图3是包含图2中示出的样本固持器的根据本发明实施例的箱子的透视图。
图4是包含图2中示出的样本固持器的根据本发明实施例的箱子的底座的透视图。
图5是根据本发明实施例的箱子的截面视图，其示出安置在底座与盖子之间的样本固持器。
图6是没有样本固持器的图4中示出的底座的透视图。
图7是图6中示出的底座的俯视图。
图8是图6中示出的底座的底视图。
图9是根据本发明实施例的盖子的底部的透视图。
图10是图9中示出的盖子的顶部的透视图。
图11A是图9中示出的盖子的底视图。
图11B到11D是图11A中示出的盖子的部分的截面视图
图12A到12C是根据本发明实施例的塞子组合件的透视图。
图13是根据本发明实施例的箱子的透视图，其示出图12C中示出的塞子组合件的附接。
图14是根据本发明实施例的且包含图5中示出的箱子的托架的顶部的透视图
图15是图14中示出的且包含四个图4中示出的底座和样本固持器的托架的俯视图。
图16是根据本发明的方法的流程图。
图17是根据本发明的另一个实施例的箱子的分解透视图。
图18是图17中示出的箱子的透视图。
图19是图17中示出的箱子的正视图。
图20是图17中示出的箱子的底座的正视图，其示出附接到底座的样本板。
图21是没有样本板的图20中示出的底座的正视图。
图22是图21中示出的底座的截面视图。
图23是根据本发明的实施例的箱子的透视图。
图24是图23中示出的箱子的正视图。
图25是图23中示出的底座的截面视图。
图26是没有样本板的图23的箱子中示出的底座的透视图。
图27是具有样本板和附加密封件的图26的箱子中示出的底座的透视图。
图28是图23的箱子中示出的盖子的正视透视图。
图29是图23的箱子中示出的盖子的透视图，其示出盖子的内表面。
图30是根据本发明的实施例的结合箱子来使用的光学阅读机的示意图。
具体实施方式
本发明的实施例大体上涉及用于监测或测量大量小样本或溶液的生物反应的装置、仪器、系统以及方法。实施例包含聚合酶链反应(PCR)方法或协议的使用，所述PCR方法或协议可以包含但不限于等位基因特异性PCR、不对称PCR、连接介导PCR、多重PCR、嵌套PCR、实时PCR(qPCR)、基因组步行、桥式PCR、数字PCR(dPCR)或类似者。
尽管根据本发明实施例的装置、仪器、系统以及方法适用于其中处理大量样本或溶液时的任何PCR方法或协议，但是本发明实施例特别好地适用于dPCR。在dPCR中，包含相对少量的靶多核苷酸或核苷酸序列的溶液被细分为大量极小的测试样本或体积，使得这些样本或体积的绝大部分或者包含靶核苷酸序列的一个分子或者不包含任何靶核苷酸序列。当样本随后在PCR协议、过程或实验中进行热循环时，包含靶核苷酸序列的样本大大扩增且产生正检测信号，而不包含靶核苷酸序列的样本未扩增且未产生检测信号或产生低于预定阈值的信号。使用泊松(Poisson)统计，原始溶液中的靶核苷酸序列的数目可以与产生正检测信号的样本的数目相关。在一些实施例中，qPCR以及dPCR方法或协议使用相同的装置、仪器、系统和方法来实施。
在各种实施例中，本文中所描述的装置、仪器、系统以及方法可以用来检测包含所关注生物组分的样本或溶液中所包含的一种或多种类型的所关注生物组分。这些所关注生物组分可以是任何合适的生物靶，包含但不限于，DNA序列(包含无细胞DNA)、RNA序列、基因、寡核苷酸、分子、蛋白质、生物标记、细胞(例如，循环肿瘤细胞)，或任何其它合适的靶生物分子。在各种实施例中，此类生物组分可以在以下应用中结合各种PCR方法和系统来使用：例如，胎儿诊断、多重dPCR、病毒检测和定量标准、基因分型、测序验证、突变检测、转基因生物体检测、稀有等位基因检测和/或拷贝数变异。
根据本发明的实施例，包含生物靶的样本或溶液可以被包含在较小样本体积或反应体积中。用于本文中所揭示的本发明实施例的样本或溶液通常图示为包含于位于衬底材料上的通孔中；然而，可以使用其它形式的样本或反应位置，包含位于在衬底中形成的凹孔或凹口内的反应体积、分布在衬底的表面上的溶液的斑点、或其它类型的反应室或格式，例如位于测试位置或微流体系统的体积内、或位于小珠粒或球体内或其上的样本或溶液。
为了实施根据本发明实施例的dPCR协议、过程、方法或实验，初始样本或溶液可以用简单且有成本效益的方式划分成数万、数十万或甚至数百万个反应位置或反应区，其各自具有几纳升、约一纳升或小于一纳升(例如，数十或数百皮升或更小)的体积。因为靶核苷酸序列的数目可能极小，所以在此类情况下还可能重要的是初始溶液的全部内容占正被处理的样本体积或腔室中的一个且包含于其中。例如，当仅几个靶核苷酸存在于初始溶液中时，许多或全部这些靶核苷酸可能被包含于未成功地载入到反应位置或反应区中的一个中的较小残余流体体积中。因此，初始溶液的有效传递有助于减少稀有等位基因或靶核苷酸的计数中的误算的几率、或甚至更糟地因为稀有等位基因或靶核苷酸均未分布到指定反应位置或反应区中的一个中而完全遗漏这些靶的几率。因此，可以使用本发明的实施例来以使样本或溶液的全部或基本上全部包含于预定反应位置中的一个中的方式将初始样本溶液有效地分布且载入到大量反应位置或反应区或通孔中。
参考图1，用于生物分析的系统100包括样本固持器、衬底、或板102，其经配置以固持多个生物样本。在某些实施例中，系统100可以进一步包括以下组件中的任一个或全部：用于保持、定位和/或支撑样本固持器102的托架、支架或支撑框架104、用于接收样本固持器102的底座或座架103、用于监测和/或测量生物样本的一个或多个生物过程的光学系统106、用于维持和/或循环生物样本和/或样本固持器102的热环境的热控制器108、安置在样本固持器上方用于生物样本和/或样本固持器102周围或其内的环境控制的经加热的盖109、以及具有相关联的电子存储器和算法的用于控制、监测和/或测量生物样本中发生的一个或多个生物过程的一个或多个电子处理器110。在各种实施例中，系统100包括仪器，所述仪器包含以下组件中的一些或全部的组合：托架104、底座103、光学系统106、热控制器108、经加热的盖109和/或一个或多个电子处理器110。
在某些实施例中，系统100和样本固持器102适合于在多个生物样本上执行实时PCR过程。在其它实施例中，系统100和样本固持器102适合于执行其它生物或生物化学过程，例如测序或基因分型测量。在所说明的实施例中，光学系统106包括用于照射样本固持器102和相关联的生物样本的激励系统112，以及用于接收来自生物样本的发射的发射光学系统114，所述发射例如由于存在于生物样本中的一个或多个荧光染料或探针分子且响应于激励光束而产生的萤光信号导致。激励光学系统112包含激励源118、透镜120、122、124，以及分束器128。激励光学系统112还可以包含一个或多个滤光器130，其用于限制由生物样本接收的光的波长范围。发射光学系统114包含光学传感器132、透镜124、134、分束器128。发射光学系统114还可以包含一个或多个滤光器138，其用于限制由光学传感器132接收的光的波长范围。另外，光学系统106可以包含一个或多个窗140，其经配置以隔离系统100的各部分，例如以减少或消除在生物样本处理期间的不希望的热或光效应。
在某些实施例中，样本固持器102安置在壳体、外壳或箱子150内，所述壳体、外壳或箱子可以经密封(例如)以减少或防止生物样本的蒸发。在某些实施例中，一个或多个样本固持器102或样本箱150通过托架104保持、定位和/或支撑，所述托架经配置以用于在系统100内对齐和/或传送样本固持器102。
参考图2，样本固持器102可以包含衬底，其包括相反表面和安置在一个或两个表面上方的多个反应区、凹孔或小瓶154。在图2中示出的所说明实施例中，反应区154包括安置在样本固持器102的相反表面之间的多个通孔。在某些实施例中，通孔154沿着二维阵列彼此均匀间隔开。替代地，通孔154可以被分组在多个子阵列158中，例如以便于将样本载入到不同的通孔组中。例如，在图2中示出的所说明的实施例中，样本固持器102包括4×12个子阵列，其中每一子阵列包括8×8个单独的通孔154，在样本固持器102上总共3072个通孔154。通孔154可以经标定尺寸使得包含生物样本和/或参比染料的液体通过表面张力或毛细力固持在通孔154内，如图2的放大视图中所图示。可以通过用亲水涂层涂覆通孔154的壁来增强此效果。在某些实施例中，样本固持器102的外表面包括疏水材料或涂层，其经配置以减少或消除在位于不同通孔154中的样本之间的交叉污染或混合。用于支撑生物样本的通孔布置的各种方面以及优点在USPN6,306,578、USPN6,893,877、USPN7,682,565中进一步揭示，所述专利中的每一个的全部内容出于各种目的如同在本文中完全阐述一样以全文引用的方式并入本文中。
在某些实施例中，用于样本固持器(例如样本固持器102)的初始样本或溶液可以被分成数百、数千、数万、数十万或甚至数百万个反应位置或反应区，其各自具有例如几纳升、约一纳升或小于一纳升(例如，数十或数百皮升或更小)的体积。
在图2中示出的所说明的实施例中，样本固持器102具有矩形形状；然而，样本固持器102可以具有其它形状，例如正方形或圆形形状。在某些实施例中，样本固持器102具有正方形形状以及15毫米×15毫米的总尺寸。在此类实施例中，样本固持器102可以具有具有13毫米×13毫米的尺寸的活性区域、活性区或活性分区。如本文中所使用，术语“活性区域”、“活性区”或“活性分区”意指反应区、通孔或溶液体积包含于或分布在其上的样本固持器(例如，样本固持器102)的表面区域、区或分区。在某些实施例中，样本固持器102的活性区域可以增大至14毫米×14毫米或更大，例如15毫米×15毫米的衬底尺寸。
在图2的所说明的实施例中，通孔154可以具有320微米的特征直径以及在相邻通孔之间500微米的间距。在其它实施例中，通孔154具有75微米的特征直径以及在相邻通孔之间125微米的间距。在又其它实施例中，通孔154具有小于或等于75微米的特征直径，例如小于或等于60微米或小于或等于50微米的特征直径。在其它实施例中，通孔154具有小于或等于20微米、小于或等于10微米、或小于或等于1微米的特征直径。通孔之间的间距可以小于或等于125微米，例如小于或等于100微米、小于或等于30微米或小于或等于10微米。
在某些实施例中，样本固持器102包括衬底，所述衬底具有在样本固持器102的相反表面之间的300微米或约300微米的厚度，其中每一通孔154可以具有1纳升、33纳升的体积或约1纳升、约33纳升的体积或1.3纳升与33纳升之间的体积。替代地，例如通过减小通孔154的直径和/或样本固持器102衬底的厚度，每一通孔154的体积可以小于或等于1纳升。例如，每一通孔154可以具有小于或等于1纳升、小于或等于100皮升、小于或等于30皮升、或小于或等于10皮升的体积。在其它实施例中，通孔154中的一些或全部的体积在1纳升到20纳升的范围内。在某些实施例中，样本固持器102包括与在共同未决的第61/612,087号美国专利申请案、第PCT/US2013/032002号PCT申请案、第61/723,759号美国临时申请案、或第PCT/US2013/032002号PCT申请案中所描述的衬底类似或相同的衬底，所述申请案中的每一个以全文引用的方式并入本文中。例如，通孔154可以具有六边形形状或以六边形图案布置。另外，通孔154的阵列可以经布置以具有在孔洞图案中的漏失，如在第61/723,759号美国临时申请案或第PCT/US2013/032002号PCT申请案中所论述。
在某些实施例中，通孔154的密度是至少每平方毫米100个通孔。也预期更高密度。例如，通孔154的密度可以是大于或等于每平方毫米150个通孔、大于或等于每平方毫米200个通孔、大于或等于每平方毫米500个通孔、大于或等于每平方毫米1,000个通孔或大于或等于每平方毫米10,000个通孔。
有利地，具有活性区域的全部通孔154可以通过光学系统同时进行成像以及分析。在某些实施例中，活性区域包括超过12,000个通孔154。在其它实施例中，活性区域包括至少20,000、至少30,000、至少100,000、至少1,000,000个通孔，或至少10,000,000个通孔。
在某些实施例中，通孔154包括以第一特征直径、厚度或体积为特征的多个第一通孔以及以不同于第一特征直径、厚度或体积的第二特征直径、厚度或体积为特征的多个第二通孔。在通孔大小或尺寸上的此类变化可以用来例如同时分析可以具有不同浓度的两个或两个以上不同核苷酸序列。另外或替代地，单一衬底102上的通孔154大小上的变化可以用来增加过程或实验的动态范围。例如，样本固持器102可以包括通孔154的两个或两个以上子阵列，其中每一组以不同于另一组或其余组的通孔154的直径或厚度的直径或厚度为特征。每一组可以经设定大小以提供不同动态范围的计数的靶多核苷酸。子阵列可以定位在衬底102的不同部分上或可以经散布使得两个或两个以上子阵列在样本固持器102的全部活性区域上或在样本固持器102的活性区域的共用部分上延伸。
在某些实施例中，通孔154中的至少一些在其壁的全部或一部分上逐渐变窄或成削角。已经发现，削角和/或逐渐变窄的通孔的使用减小了相邻通孔154之间的平均距离或总面积，而不超出对溶液位置或测试样本之间的最小间隔的光学限制。这使得减少了在载入过程期间在衬底102的表面上留下的液体溶液的量。因此，可以获得更高载入效率，同时仍然维持在用于光学系统的相邻溶液位置或测试样本之间的较大有效间隔。
在图2中示出的所说明的实施例中，样本固持器102还可以包括字母数字字符160、条形码162或其它符号表示，从所述字母数字字符、条形码或符号表示中可以得到或确定关于个别固持器102的信息。此类信息包含但不限于通孔154中的一些或全部所含有的试剂和/或当使用样本固持器102时要遵循的协议。在某些实施例中，发射光学系统114经配置使得光学传感器132可以用来读取字符160和/或条形码162。另外，发射光学系统114可经配置以提供图像，所述图像在单一帧中包含样本固持器102的包含通孔154以及字母数字字符160或条形码162中的任一者或两者的部分。在一些实施例中，发射光学系统114经配置以提供图像，所述图像在单一帧中包含两个或两个以上样本固持器102的包含每个样本固持器102的通孔154以及相同样本固持器102的字母数字字符160或条形码162中的任一者或两者的部分。
参考图3，在某些实施例中，箱子150包括具有顶部表面168的底座164以及盖子170，所述盖子以密封方式接合底座164的顶部表面168以形成用于容纳样本板102的壳体，以便至少部分地使生物样本与外部环境隔离或分隔。箱子150还可以可选地包括位于底座164与盖子170之间的垫圈或密封件171。进一步参考图4到8，底座164包括底部表面172和侧壁174，所述底部表面和侧壁与盖子170一起形成具有足够深度以将样本板102完全容纳在空腔176内部且完全容纳在顶部表面168和盖子170下方的空腔、腔室、内部腔室或壳体176，如图5中所图示。底座164可以进一步包括一个或多个填充端口178，其用于在盖子170附接到底座164之后将流体注入到空腔176中。底部表面172可以包括完全或大体上平坦的表面。替代地，底部表面172可以包含一个或多个凹口180。例如，在图5中示出的所说明的实施例中，凹口180接近于填充端口178定位且经配置以提供增大的工作体积以用于在使用移液管或类似装置用液体填充空腔176时允许流体进入且允许空气离开。
在某些实施例中，经密封箱150通过填充端口178注入在本质上疏水的密封流体或液体，其有利地密封更加亲水的生物样本但是不与所述生物样本混合。此类密封流体或液体在箱子150中的使用可以用来进一步密封通孔154内的生物样本并且减少或消除在高温(例如，从90℃到100℃的较高温度)下的热循环期间的生物样本的蒸发。合适的密封流体包含但不限于由3M公司市售的FluorinertTM，例如全氟己烷(C6F14)。
底座164还可以包括位于底部表面172上方和/或与所述底部表面成整体的多个凸台、突出部、桩支撑位置或支撑垫182。支撑垫182可经配置以接合且固定样本固持器102。替代地，一些支撑垫182可经配置以沿着其长度简单地接触或支撑样本固持器102，例如以减少或防止样本固持器102的变形或弯曲。支撑垫182可以另外经配置以在样本固持器102的底部表面与底座164的底部表面172之间维持预定间隔。可以选择支撑垫182的数目以在通过支撑垫182中的一些或全部接合样本固持器102时维持所述样本固持器的预定平坦度。在某些实施例中，一些支撑垫182在横向方向上(例如，沿着平行于底部表面172的平面)接合样本板102，而其余的支撑垫182经配置以仅沿着板102的底部表面接触样本板102。在其它实施例中，通过使用工具或器具在横向方向上移动支撑垫182的一些材料而由支撑垫182中的至少一些接合样本板102。在其它实施例中，通过使用安置在样本板102与支撑垫182之间的粘合剂、环氧树脂或焊接材料来提供在板102与支撑垫182中的至少一些之间的接合。
在某些实施例中，除多个支撑垫182之外或替代所述多个支撑垫，底座164包括经配置以接收样本固持器102的外围部分的一个或多个轨条。例如，可以沿着相反侧壁174安置一对轨条。可以沿着每一侧壁174的全部长度安置轨条。替代地，可以沿着每一侧壁174的仅一部分安置轨条。另外，可以沿着相反侧壁174和/或沿着底座164的其它壁174包含一个或多个支撑垫182。
底座164可以由具有相对较高热导率和/或高热扩散率的材料制成，例如，具有至少50到200W·m-1·K-1的热导率和/或至少约8×10-5m2·s-1的热扩散率的材料。合适的材料包含但不限于例如铝、铜、银或金等金属材料或例如石墨等半金属。此类材料的使用有助于在底座164的底部表面172上提供均匀的温度(低热不均匀或TNU)或预定温度分布，这转而在样本固持器102上提供均匀的或预定的温度分布。
在某些实施例中，通过将样本固持器102的底部表面定位成靠近底座164的底部表面172而同时防止在样本固持器102的整个范围上底部表面172与样本固持器102之间的接触来进一步增强在样本固持器102上低TNU或预定温度分布的提供。为了满足这些条件，在某些实施例中，样本固持器102安置为与底座164的底部表面172相距小于300微米的标称距离。在其它实施例中，所述标称距离小于250微米、小于200微米、或小于100微米。
当箱子或衬垫材料的热导率比空腔176内部的用于减少生物测试样本从通孔154的蒸发的密封流体的热导率高得多时，支撑垫182与样本固持器102之间的接触可以在固持器上产生热点。例如，上文所列举的FluorinertTMFC-70材料具有0.07W·m-1·K-1的热导率，这与用于普通金属的大于200W·m-1·K-1的热导率形成对比。在某些实施例中，通过将支撑垫182配置为具有与样本固持器102之间较小的总接触面积而解决了热点的问题。
通过提供较低数目的支撑垫且通过将个别衬垫配置为具有与样本固持器102之间较小的接触面积，可以实现较小的总接触面积。支撑垫182的数目的下限受设计约束的影响以维持样本固持器102的少量弯曲或屈曲。在所说明的实施例中，例如，如图6和7中所见，支撑垫182中的至少一些在横向方向上逐渐变窄；其中支撑垫182靠近侧壁174相对较宽且朝向支撑垫182的尖端在宽度上逐渐变细。以此方式，维持支撑垫182的刚度，同时将与样本固持器102的接触面积维持在低水平处，这提供到热点中的低水平的热传递。
在某些实施例中，在装运至客户之前将样本固持器102固定或附接到底座164，例如以减少或消除在样本载入以及由客户或终端使用者在系统100中使用期间人类与样本固持器102的接触。在此类实施例中，可以利用工具或专用器具，使得少量衬垫材料横向移动(例如，沿着平行于底部表面172的平面)，其中所述横向移动的材料处于足以固定、固持或锁定样本固持器102但足够小以消除样本固持器102的弯曲或变形的量中。替代地，横向移动的材料的量处于足以固定、固持或锁定样本固持器102且足以使样本固持器102弯曲或变形在预定水平处或在预定水平下的量中。
在某些实施例中，底座164的外表面包括多个对准特征184以在系统100内对准并对齐箱子150、样本固持器102和/或通孔154。例如，使用两个对准特征184a来沿着垂直于样本固持器102的长边中的一个的轴线对齐或对准箱子150，同时使用对准特征184b来沿着平行于样本固持器102的长边的轴线对齐或对准箱子150。
参考图9到11，盖子170包括外表面188和内表面190，所述内表面包含与底座164的顶部表面168介接的边缘192。盖子170的至少一些部分包括透明的或相对透明的材料以提供对通孔154以及包含于其中的生物或参考样本的光学进入。盖子170可以由生物相容性材料制成或在盖子170与包含于通孔154中的生物样本隔离时由其它材料制成。用于盖子170的合适的材料包含但不限于：玻璃、丙烯酸酯、苯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯和聚丙烯。在某些实施例中，所述材料包括环烯烃聚合物(COP)。在某些实施例中，盖子170可以包含小透镜阵列或衍射光学元件(未示出)，其经配置以调节被引导至通孔154或从所述通孔引出的光。盖子170可以装配有附接到其上的密封件171。替代地，密封件171与盖子170分开而提供到客户或使用者，所述密封件和盖子随后在使用之前附接到彼此且与底座164一起应用。密封件171可以在至少一个表面上包含粘合材料以用于粘合到底座164和/或盖子170上。密封件170可以可选地包含安置在粘合材料上方的可移除非粘性层194，其在使用前被移除。
包含于样本固持器102的反应区154中的样本可以根据各种方法、分析或协议来处理。在某些实施例中，样本固持器102的反应区154在PCR分析或协议期间进行热循环。热循环可以使用用于提供qPCR、dPCR或其它终点PCR分析或协议的仪器100的热控制器108和/或光学系统106来提供。另外或替代地，热循环可以使用外部热循环仪提供，随后使用光学系统106等光学阅读机进行后续观察或分析。在包含于样本固持器102的反应区154中的样本的热循环期间，在箱子150的空腔176内包含的密封流体中可以发生除气。在此类情况下，除气可以导致随着密封流体的温度增加而形成气泡，例如，在热循环期间在从60摄氏度到95摄氏度或到100摄氏度的温度范围上。在某些实施例中，内表面190包括表面轮廓、形状或外形200，其控制或管理此类气泡在包含于样本固持器102的空腔176中的密封流体中的形成。此类轮廓利用气泡由于浮力朝向液体介质的顶部定位或移动的天然趋势。
在某些实施例中，外形200和内表面190包括中心分区210、外围分区212、侧面分区214、第一端部分区220以及第二端部分区222。每一分区可以进一步分配。例如，在图11中示出的所说明的实施例中，第一端部分区220包括第一区域230、第二区域232以及第三区域234。在论述分区210、212、214、220、222以及区域230、232、234的形状和位置时，将采用坐标系，其中在内表面190上的位置比在外表面188上的位置更为正。
当与箱子150和样本固持器102的其它组件一起组装时，中心分区210优选地适合用于多个通孔154以及其中希望或需要光学监测或检查的样本固持器102的任何其它特征的光学检查，并且位于所述多个通孔以及所述任何其它特征上。例如，中心分区210还可以在字母数字字符160和/或条形码162上延伸以使得它们可用于光学检查。在中心分区210内的外表面188和内表面190可以是光学平面的并且平行于彼此。替代地，在中心分区210内的表面188、190可以是光学平面的且具有相对于彼此的较小的偏移角，例如以减少或消除在表面之间的多个反射，所述反射可能降低通过光学传感器132接收的数据信号的图像质量。取决于系统100的成像规格，在表面之间的偏移角可以大于或等于0.1度且小于或等于0.5度、1度、2度或5度。在一些实施例中，表面188、190中的任一者或两者可以具有相对于样本固持器102的顶部表面的偏移角，例如，取决于用于系统100的成像规格的大于或等于0.1度且小于或等于0.5度、1度、2度或5度的偏移角。
在图11中所说明的实施例中，槽道250具有完全在图9和11B到11D中示出的坐标系的中心分区210下方的底部表面，其中沿着垂直于外表面188的正方向(z轴)在从外表面188到内表面190的方向上。因此，当箱子150安装在系统100中，其中外表面188在内表面190上方时，空腔中的任何气泡都将倾向于位于槽道250中而不是在中心分区210的区域中。在某些实施例中，当从下方观察(例如，如从图11A中的视图可见)时，槽道250包围或围封中心分区210；然而，其它配置也是可能的。
在某些实施例中，中心分区210的至少部分安置在最小值、坐标或深度240处，且槽道250的至少一部分安置在最大值、坐标或深度242处。在所说明的实施例中，分区212、214、222形成通道、沟(cannel)或槽道250。槽道250可以具有沿着整个槽道的恒定深度。替代地，例如如图11中所示，槽道250可以具有在深度上变化的底部表面轮廓。例如，分区220的区域230和234具有等于最小深度240的深度，而槽道250的其余分区和区域具有小于最小深度的深度。在此类实施例中，在空腔176中的任何气体或气泡将倾向于位于区域230、234中而非内表面190的其它分区。如图11A中所见，端部分区220还可以大体上比槽道250的其它部分更宽，以进一步提供扩大的区域以用于气泡或气体在密封流体填充的空腔176内的收集，例如，以防止第一端部分区220充满气体或气泡，所述气体或气泡随后可能溢出到内表面190的不希望的部分中。另外，可以有利地配置第一端部分区220的扩大以维持箱子150的相对较小的整体大小，同时还提供足够大以收集预期体积的气泡或夹带的气体的体积。为了帮助保持箱子150的大小相对较小，中心分区210包含突出部分252，其提供对字母数字字符160的质量光学进入，所述突出部分不在样本固持器102的整个宽度上延伸。因此，第一端部分区220的区域230、234具有相比于槽道250的其它部分扩大的宽度或体积，而区域232的宽度较小且可以等于或约等于槽道250的其它部分的宽度。
在某些实施例中，第一端部分区220可以具有在其整个长度上的恒定深度或基本上恒定的深度。替代地，如在图11A和11B中示出的所说明的实施例中，第一端部分区220的区域230、234可以由区域232分隔，其中区域232具有小于区域230、234中任一者的深度的深度。区域230、234可以具有相同的深度或区域230、234中的一个可以具有小于另一个的深度；然而，在此类实施例中，区域232具有小于区域230、234的深度的深度。区域232的深度可以是恒定的或可变的。例如，区域232可以具有朝向区域230、234中的一个倾斜或朝向区域230、234两者倾斜的轮廓，如图11B中所图示。第二端部分区222可以具有恒定深度或具有朝向侧面分区214中的一个改变或倾斜的深度。替代地，第二端部分区可以具有朝向侧面分区234两者倾斜的轮廓，如图11D中所图示。侧面分区214两者可以具有相比于彼此相同的或不同的深度分布。在所说明的实施例中，侧面分区214的深度均小于第一端部分区220的最大深度。每一侧面分区214的全部或一部分可以具有沿着由此形成的通道变化或倾斜的深度。例如，侧面分区中的一个或两个可以从在第二端部分区222处或靠近第二端部分区的最小深度值倾斜且增加到在第一端部分区220处或靠近第一端部分区的最大深度。
在一些情况下，气泡在箱子150的空腔176内包含的密封流体中的形成可以在热循环期间在沿着箱子150的底部表面172定位的一个或多个成核位置处发生，举例而言，在PCR、qPCR或dPCR过程、分析或协议期间。例如，在热循环期间，系统100可以经配置以通过箱子150的底部表面172在热控制器和箱子150之间传递热量。在此类情况下，随着在热循环期间表面的温度增加，气泡可以从成核位置大小增长。气泡可以增长到此程度，使得所述气泡接触样本固持器102的底部表面且产生抵靠着反应区或通孔154中的一个或多个的底部的压力。已发现，抵靠着反应区或通孔154的底部的气体压力可以足以将包含于所述反应区或通孔154中的样本流体中的一些或全部推出所述经加压反应区或通孔的顶部。已经进一步发现，推出经加压通孔的样本流体可以经由样本固持器102的顶部表面传递或“桥接”到一个或多个相邻反应区或通孔154。样本流体的此传递可能导致在相邻反应区或通孔154中的样本溶液的污染。此问题的发现已经导致用于减少或消除此样本流体污染源的各种结构和方法的实施。如本文中所使用，术语“桥接”意指将液体样本从样本固持器的的一个反应区、凹孔或通孔移动的样本固持器的另一反应区、凹孔或通孔。
在某些实施例中，箱子150的底部表面172可以经抛光、涂覆和/或以其它方式处理以减少或消除样本流体在相邻反应区154之间的传递，例如，通过消除或减少气泡沿着箱子150的底部表面172的产生或出现。在一些实施例中，底部表面172的此类处理提供在预定值之下的表面粗糙度。通过将表面粗糙度维持在预定值之下，可以减少或消除成核位置沿着底部表面172的出现，因此减少或消除气泡沿着底部表面172的出现和/或将此类气泡的大小减小到阻止反应区或通孔154的接触或加压的程度。在其它实施例中，在箱子150的底部表面172与样本固持器102的底部表面之间的间隔可以经选定以减小沿着底部表面172形成的气泡的大小和/或阻止或减少反应区或通孔154的接触或加压。
在某一实施例中，已发现，样本固持器102、底部表面172和/或箱子150与水平平面所成的角度可以经选定以防止或减少在反应区或通孔154之间的样本溶液的传递。如本文中所使用，术语“水平的”意指平行于行星地球的地平线。在此类实施例中，在箱子150的空腔176内包含的密封流体内的气泡的浮力使得沿着或靠近底部表面172定位的气泡从初始位置或成核位置移动。所述移动可以导致一个或多个气泡朝向箱子150或空腔176的一个末端和/或进入到其不在反应区或通孔154中的任一个下方的区域中。因此，在流体内的气泡浮力的使用产生减少或消除在反应区或通孔154之间的样本溶液的传递或桥接的意外结果，这转而减少或消除在反应区或通孔154之间的交叉污染样本溶液。参考图12和13，在某一实施例中，箱子150包含塞子组合件300，其包括塞子302和可拆卸地耦合或接合到塞子302的塞子驱动器304。塞子驱动器304用于向作为用于密封或填塞箱子150的填充端口178的构件的塞子302施加驱动力或扭矩。作为一种提供更加紧凑的单元的方式，在某些实施例中需要在塞子302插入到填充端口178中之后使塞子驱动器304与所述塞子分离。为便于施加驱动力或扭矩，塞子驱动器304可以包括多节的近端306(例如)以允许直接手动地施加驱动力或扭矩。另外或替代地，塞子驱动器304的近端可以包括允许应用工具或器具以用于提供所需的驱动力或扭矩的配置。
塞子驱动器304可以使用环氧树脂308耦合或附接到塞子302，如图12C中所图示。替代地，可以使用胶水或其它类型的粘合剂、焊接点、焊缝或类似者提供塞子驱动器304到塞子302的耦合或附接。塞子302包括具有第一图案322的近端312，而塞子驱动器304包括具有第二图案或形式324的远端314。第一图案322和第二图案324彼此互补，其方式为使得允许图案以允许向塞子驱动器304施加力或扭矩以用于驱动塞子302以便填塞或密封箱子150的填充端口178的方式接合。在所图示的实施例中，第一图案322具有菲利普型十字头螺丝的形式，而第二图案324具有菲利浦型十字头螺丝刀的尖端部分的形式。替代地，第一图案322可以具有菲利浦型十字头螺丝刀的尖端部分的形式，而第二图案324具有菲利普型十字头螺丝的形式。可以替代地使用其它类型的标准螺栓或螺丝头图案，包含但不限于槽式、凹头、六角凹头、六角形头、单向螺丝头、扳手头式、星形及类似者。替代地，图案322、324可以是自定义图案以及其补体。
在某一实施例中，在塞子驱动器304与塞子302之间的接合点足够强使得可以向塞子驱动器304施加足以填塞或密封箱子150的填充端口178的驱动力或扭矩。大体上，在塞子驱动器304与塞子302之间的接合点足够强，使得驱动力或扭矩不破坏或不损害所述接合点和/或图案322、324。除这些特性之外，在驱动器304与塞子302之间的接合点还足够弱，使得可以施加分离力或断裂力或扭矩以断开、分离或解耦在塞子驱动器304与塞子302之间的接合点，其方式为使得不干扰或损害使用驱动力或扭矩在填充端口178处产生的密封。在某些实施例中，分离力或扭矩仅略大于驱动力或扭矩。例如，分离力或扭矩可以小于或等于驱动力或扭矩的120％、小于或等于驱动力或扭矩的150％、小于或等于驱动力或扭矩的200％、或小于或等于驱动力或扭矩的400％。在某些实施例中，分离力或扭矩与驱动力或扭矩属于不同类型或在不同方向上。例如，在所说明的实施例中，塞子302包含带螺纹远端，其使用关于通过塞子302和塞子驱动器304两者的伸长轴线的驱动扭矩拧入填充端口178中。一旦塞子302已经固定到填充端口178中，就可以关于不同轴线(例如，关于垂直于所述伸长轴线的轴线)施加分离扭矩。替代地或另外，可以向塞子驱动器304施加垂直于伸长轴线的横向力以作为分离力。
参考图14到15，托架104可以经配置以支撑或固持多个样本固持器102，例如图15中示出的四个样本固持器102。托架104包括经配置以容纳四个单独的样本固持器102中的每一个的近端或顶面400，以及经配置以介接或接合热控制器108和/或经配置以介接或接合每一样本固持器102与接合热控制器108的远端或底面402。在各种情况下，系统100可经配置以使用同一托架容纳一个、两个、三个或四个样本固持器。例如，系统100可以包含一个或多个传感器，其经配置以感测多少样本固持器102存在于托架104上或在所述托架中，且随后对用于处理生物样本的测试协议、光学系统配置或性能、图像处理算法、数据演示算法、和/或系统100的其它机械元件、电气元件、热元件、或光学元件或子系统做出适当的调整。
在某些实施例中，系统100包含经配置以固持多于或少于四个样本固持器102的一个或多个托架。在其它实施例中，系统100包含经配置以固持其它类型的样本固持器的一个或多个另外的托架。例如，系统100可以包含经配置以容纳用于固持48个、96个和/或384个个别样本的格式的另外的样本固持器。在此类实施例中，可以为每一样本固持器格式提供不同的托架，其中每一托架包括第一部分(例如，底面)，其与托架104的所述部分相同或几乎相同，但其中每一托架还包括第二部分(例如，顶面)，其具有不同构造以容纳不同类型的样本固持器中的每一个。
参考图16，在某些实施例中，方法500包含元素505，其包括提供样本固持器102。方法500还包含元素510，其包括将样本固持器102定位、放置或安装在底座164上或在所述底座内。方法500进一步包含元素515，其包括将一个或多个生物样本载入到通孔154中的至少一些中。方法500另外包含元素520，其包括通过将盖子170附接到底座164上或在所述底座上方而将样本固持器102围封在空腔176内。方法500还包含元素525，其包括经由填充端口178用流体填充空腔176。方法500进一步包含元素530，其包括通过施加第一力或扭矩将塞子组合件300附接到填充端口178。方法500另外包含元素535，其包括施加第二力或扭矩以断裂、分开或断开塞子组合件300且其后从塞子组合件300移除塞子驱动器304。方法500还包含元素540，其包括将箱子150(包含底座164、样本固持器102以及盖子170)安装到仪器100中。方法500进一步包含元素545，其包括操作仪器以引起且监测通孔154中的一个或多个中的生物反应。
关于方法500的元素510，样本固持器102可以位于支撑垫182上，使得样本固持器102的底部表面172平行于或基本上平行于底座164的底部表面172。支撑垫182中的至少一些可以包括近端部分，其具有顶部表面且附接到侧壁174中的一个和/或与所述侧壁中的一个成整体；以及远端部分，其形成具有顶部表面的梯级，所述顶部表面经安置比近端部分的顶部表面更靠近底部表面172。远端部分的宽度可以小于近端部分的宽度，(例如)以减少在样本固持器102与支撑垫182之间的物理接触的量。在此类支撑垫上，样本固持器102位于支撑垫182的远端梯级部分上并且可以或者接触近端垫部分的侧壁或者在远端梯级部分与近端垫部分之间具有间隙。在后一情况下，可以使用工具来横向移动近端垫部分的一些材料以提供在近端垫部分与样本固持器102之间的固持力。另外或替代地，样本固持器102可以放置在支撑垫182上，所述支撑垫经配置以仅接触样本固持器102的底面，(例如)以帮助减少或防止样本固持器102的正面和背面(即，通孔154位于其中的面)的弯曲或膨胀。在某些实施例中，可以在支撑垫182的一些或全部上使用粘合剂以将样本固持器102固定到底座164。在又其它实施例中，将在样本固持器102的上部面上的向下力用于将样本固持器102固定到底座164，例如，用样本固持器102上的在支撑垫182中的至少一些附近的向下力。例如，向下力可以通过盖子170在其在方法500的元素520处被附接时施加到样本固持器102的外围部分。向下力可以直接地施加到样本固持器102通过位于样本固持器102的顶部上(例如，位于样本固持器102的外围部分上方)的中间间隔物、密封件或垫圈来施加。在一些实施例中，在将样本固持器102定位在底座164上或在所述底座内之前将样本载入到通孔154中的至少一些中。
关于方法500的元素515，可以使用一个或多个常规移液管将生物样本载入到通孔154中的一个或多个中。替代地，可以使用定制载入器，例如，包括允许同时载入超过一个通孔154的多个移液管端的载入器。在某些实施例中，载入器可以包括第13/170,563号美国专利申请案中所揭示的载入器，所述申请如同完全在本文中阐述一样以全文引用的方式并入本文中。生物样本可以包含一个或多个核苷酸序列、氨基酸序列或其它生物大分子，包含但不限于寡核苷酸、基因、DNA序列、RNA序列、多肽、蛋白质、酶类或类似者。另外，生物样本可以包含用于控制或监测生物反应的其它分子，包含但不限于引物、杂交探针、报告探针、淬灭分子、分子信标、荧光染料、化学缓冲液、酶类、洗涤剂或类似者。另外或替代地，生物样本可以包含一个或多个基因组、细胞、细胞核或类似者。
关于方法500的元素520，盖子170可以围绕底座164的外围区域(例如，沿着底座164的顶部表面168)附接到底座164。粘合剂可以用于将盖子170直接附接到底座164。替代地，垫圈171可以用于附接盖子170，其中粘合剂已经涂覆到垫圈171的顶部和底部表面和/或涂覆到在底座164和/或盖子170上的配合表面的部分。可以就在附接盖子170之前由使用者涂覆粘合剂或可以在制造盖子170、底座164和/或垫圈171期间涂覆。在某些实施例中，在粘合层的顶部上涂覆在附接盖子170之前移除的可移除非粘性层，例如，图3、9和10中在密封件171上方示出的可移除非粘性层194。
关于方法500的元素525、530和535，可以将移液管、针或类似填充装置插入到填充端口178中。填充装置的尖端插入到底座164的底部表面172中的凹口180附近中，例如使得液体可以从凹口180进入或进入凹口180中，且空气通过在填充装置尖端后方的插入端口178离开。替代地，可以在底座164或盖子170中设置单独的通风口以允许箱子150的空腔176中的空气从来自填充端口178的不同的或另外的位置离开。在此类实施例中，填充装置可经配置以与插入端口178形成密封件。一旦空腔176已经充满或几乎充满密封流体或液体，就可以从填充端口178移除或抽出填充装置，在此之后可以填塞或密封填充端口178和/或任何现有通风口，以便使经填充的空腔176与外部环境隔离和/或防止或阻止空气进入空腔176或液体离开所述空腔。填充端口可以使用如本文中在上文所描述的塞子组合件300来密封。替代地，可以使用本领域中已知的任何类型的塞子或密封件。在某些实施例中，填充端口178包含阀门，其允许在填充期间插入填充装置且随后在抽出填充装置后在密封填充端口178时自动地闭合。另外，如果并入有任何单独的通风口，那么这些通风口也可以具有阀门(例如，止回阀)以在填充之后维持闭合的空腔176。在一些实施例中，填充端口178包括自愈隔膜，其可以通过填充装置(例如，注射器针头)刺穿且随后在移除填充装置后保持密封。
关于方法500的元素540和545，仪器100经配置以接收箱子150，所述箱子包含样本固持器102及其生物样本。在某些实施例中，一个或多个箱子150安装在托架104上或在所述托架中，在此之后托架104连同一个或多个箱子150一起被仪器100接收。仪器100随后用于对包含在通孔154内的生物样本执行一个或多个生物过程或实验。仪器100可经配置以对包含于样本固持器102的通孔154中的样本中的一个或多个进行qPCR、dPCR、终点PCR、测序、基因分型或其它此类过程。在某些实施例中，一个或多个样本固持器102和/或箱子150可以通过仪器100或相关联的光学系统106同时处理。如本文中在上文所论述的，一个或多个箱子150可以安装或附接到托架104上，所述托架随后由仪器100接收。另外，仪器100可经配置以还接收其它类型的样本格式，包含但不限于包含48个样本凹孔、96个样本凹孔和384个样本凹孔的微量滴定板。
参考图17到21，在某些实施例中，壳体、外壳或箱子600包括底座602以及经配置以密封方式接合底座602的盖子或盖604。底座602和盖子604可以接合在一起以形成空腔或腔室608，所述空腔或腔室可以接收或容纳样本固持器、衬底、平面部件或板610。样本固持器610可以是底座602的一部分，或可以与底座602分离和/或不同并且经配置以通过底座602安装或固持。箱子600可以进一步包括安置在底座602与盖子604之间的粘合剂、密封件或垫圈612，(例如)以密封空腔608和样本固持器610或使所述空腔和样本固持器与外部环境隔离。
在某些实施例中，样本固持器610与底座602附接或接合。样本固持器610可以在底座602的制造或组装期间通过制造者附接或接合。在其它实施例中，例如在样本固持器610已经载入有含有生物物质的样本或溶液之后通过使用者将样本固持器610附接或接合到底座602。替代地，在载入含有生物物质的样本或溶液之前将样本固持器610附接到底座。在这些实施例中的任一者中，可以使用经配置以接收样本固持器610和/或底座602的载入机制或系统将样本引入到样本固持器610中。例如，可以使用比如第61/612,008号或第61/723,658号美国专利申请案中所揭示的载入机制来载入具有一个或多个生物样本的样本固持器610。
参考图17和20，底座602可以包括多个凸台、突出部、桩支撑位置和/或支撑垫620(例如，在所说明的实施例中的突出部620a和620b)，其经配置以将样本固持器610固持和/或定位在底座602和空腔608内。突出部620可以配置有上文关于突出部182所论述的特征中的一个或多个。例如，可以用桩支撑一个或多个突出部182，使得来自所述突出部的材料变形或移动以将样本固持器610牢固地固持在底座602内。另外或替代地，可以使用粘合剂、环氧树脂或胶水将样本固持器610胶合到一个或多个突出部182。在某些实施例中，结合玻璃或硅样本固持器610使用胶合以便避免对此类固持器材料造成的可能开裂或损害，所述开裂或损害可能因使用由突出部620产生的压接力或固持力而引起。
参考图20到22，底座602可以包括两组突出部602a和602b，每一组突出部具有与另一组不同的几何结构。在所说明的实施例中，突出部620b比突出部620a长一定的量，所述量足以使得在样本固持器610的一面搁置或位于突出部620a的顶部上时，样本固持器610的边缘中的一些或全部由突出部620b接合或固持。可以选择突出部620a的高度以样本固持器610固持或维持在底座602的底部内面622上方的预定高度处。另外，可以选择突出部620a的高度以及样本板210的厚度以将样本固持器610固持或维持在距盖子604的上部内面下方预定距离处。可以选择如此在样本固持器610与底座602之间以及在样本固持器610与盖子604之间产生的间隙，以提供样本固持器610和/或固持在其中的溶液或样本的预定隔热性和/或热均匀性。
突出部620a中的每一个可以定位在样本固持器610的边缘中的一些或全部的中心处或靠近所述中心。突出部620b中的每一个可以定位在样本固持器610的拐角中的一些或全部处或靠近所述拐角中的一些或全部。替代地，两个或两个以上突出部620a可以沿着样本固持器610的一个或多个边缘定位，(例如)以提供对样本固持器610的额外的支撑、沿着样本固持器610的减少的热不均匀性、和/或样本固持器610的减少的变形。
在所说明的实施例中，突出部620a的形状经配置以允许足够将一滴胶水或粘合剂放置在背面上的面积，同时维持在样本固持器610和突出部620a之间的相对较小的接触面积，因此减少在样本固持器610和底座602之间的热传递。另外，突出部620a的形状可以经配置以减少在样本固持器610上由突出部620a接触的活性区域的量，这可能另外不利地减少在可以用于固持样本的样本固持器610上的反应位置或反应区的数目。
粘合剂或胶水可以涂覆到突出部620a或突出部620b中的一些或全部，或突出部620a和620b中的一些或全部的组合。另外或替代地，突出部620b中的一个或多个可以被卷曲、变形、弯曲或移动以便向样本固持器610的一个或多个边缘施加固持力。
再次参考图17和20，底座602可经配置以接收密封件612，例如呈垫圈或粘合剂形式经配置以密封空腔608的密封件。在某些实施例中，密封件612提供对空腔608的液密密封(例如，气密或液密密封)。例如，密封件612可经配置以提供液密密封，使得空腔608内的液体(例如Fluorinert)不会在使用期间(例如，在PCR实验或过程中在样本固持器610中的样本的热循环期间)渗漏出。在所说明的实施例中，底座602包括经配置以接收密封件612的面624。如图22中所示，面624可以包含经配置以容纳密封件612的插入凹槽或通道624a。
再次参考图17到19，盖子604包括内面(在图中不可见)，其经配置以接合底座602的面624或与所述面介接。为了帮助在底座602与盖子604之间提供密封件，箱子600进一步包括夹钳机构625。在所说明的实施例中，闩锁或夹钳机构625包括安置在盖子604上的多个夹钳或夹子626，以及经配置以接收夹子626以便产生在配合部分之间的密封的多个相对应的凹痕或凹槽628。多个夹子626和凹痕628可以沿着底座602和盖子604的两个或两个以上边缘安置。在所说明的实施例中，多个夹子626和凹痕628可以沿着底座602和盖子604的全部四个边缘安置。在某些实施例中，盖子604包括一个或多个夹子626并且底座602包括一个以上相对应的凹痕628。在某些实施例中，夹钳机构625经配置以提供盖子604到底座602的永久的或固定的连接，以便使包含于样本固持器610中的的样本与周围环境隔离，(例如)以减少或消除由PCR或类似扩增过程而产生的高拷贝DNA扩增子向周围实验室环境中的释放，因此减少了对污染物的环境暴露或将所述环境暴露减到最少。
再次参考图19，盖子604包括外围部分630、中心部分632以及围绕外围部分630的边缘安置的多个夹子626。盖子604可以进一步包括标记区域634，其经配置以接收包含字母数字字符、条形码、QR码(快速响应码)或其它类型的标志或记号的单独的标记。替代地，标记区域634经配置以直接接收字母数字字符、条形码、QR码、或其它类型的标志或记号。另外或替代地，标记区域634可以包括RFID标签、全息标签、衍射光栅、或用于在表面、体积或标签上或在其中记录信息的其它方式。包含在标记区域634中的信息可以包含但不限于关于箱子600的信息(例如仪器相容性、几何大小或配置、材料特性或类似者)、关于样本固持器610的信息(例如反应区大小、密度、几何配置、材料特性或类似者)、关于包含于样本固持器610中的样本和/或试剂的信息或类似者。
中心部分632可以是清晰的或透明的以便提供对样本固持器610的光学进入。中心部分632的内面和外面可以具有光学质量的光洁度(平坦度和表面粗糙度)，以便提供样本固持器610和/或包含于其中的样本的低像差图像。外围部分630也可以是透明的或半透明的；然而，外围部分630的内表面和/或外表面的光学质量可以低于中心部分632的光学质量。外围部分630可以在其区域的全部或一部分上包括磨砂的、半透明的或不透明的材料或表面，而不是透明的材料或表面。
在某些实施例中，中心部分632包括可以任选地由与外围部分630不同的材料制成的单独的窗或部分。在此类实施例中，外围部分配置有配合孔口，其经配置以接收窗632。外围部分可以包含围绕一个或多个边缘安置且经配置以提供用于接收窗632的嵌体的架子或梯级。可以将胶水、粘合剂和/或密封剂涂覆到窗632与盖子604的外围部分630之间的配合表面，(例如)以密封空腔608和样本固持器610或使所述空腔和样本固持器与外部环境隔离。
在其它实施例中，中心部分632以及外围部分630可以具有一体式构造和/或可以包括单一材料。在此类实施例中，中心部分632可以经模制、机械加工、抛光、或以与外围部分630不同的方式或途径进行其它处理。例如，外围部分630以及中心部分632可以由同模铸成，其中模具表面在与盖子604的中心部分632相对应的模具区中具有与在与盖子604的外围部分630相对应的模具区中不同的纹理、结构或粗糙度。替代地，部分630、632在模制之后可以具有共同的表面结构，但随后经过机械加工或处理(例如，抛光或化学处理)以提供在中心部分632与外围部分630之间的不同的表面特性。例如，中心部分632可以在模制和/或机械加工之后进行抛光以提供具有相对较低光学像差的光学质量的窗，而外围部分630则根本不进行处理。在其它实施例中，外围部分630在模制或机械加工之后还进行抛光，但是以导致比中心部分632更低质量或更粗糙表面的方式来进行。替代地，外围部分630在模制或机械加工之后进行处理以提供半透明的、不透明的或粗糙化的表面，所述表面可以用来提供与中心部分632不同的特性。例如，外围部分630可以经粗糙化以散射光和/或以提供在与粘合剂、密封件或垫圈612接触时更好地粘附或密封的表面。在其它实施例中，外围部分630继续为不透明的，和/或例如通过涂覆或涂刷外围部分630的一个或多个表面，或通过在外围部分630的全部或部分上引起化学反应(例如，交联聚合)而提供其它有利的特性。
在某些实施例中，样本固持器610包括板，所述板包括多个通孔，所述样本固持器610类似或等效于样本固持器102。样本固持器610可以包括衬底，其具有在样本固持器610的相反表面之间的300微米或约300微米的厚度，其中每一通孔可以具有1纳升、33纳升或约1纳升、约33纳升的体积或在1.3纳升与33纳升之间的某个体积。替代地，例如通过减小通孔的直径和/或样本固持器610衬底的厚度，每一通孔的体积可以小于或等于1纳升。例如，每一通孔可以具有小于或等于1纳升、小于或等于100皮升、小于或等于30皮升、或小于或等于10皮升的体积。在其它实施例中，通孔的一些或全部的体积在1纳升到20纳升的范围内。在某些实施例中，样本固持器610包括与在共同未决的第61/612,087号美国专利申请案、第PCT/US2013/032002号PCT申请案或第61/774,499号美国临时申请案中描述的衬底类似或相同的衬底，所述申请案中的全部以全文引用的方式并入本文中。例如，通孔154可以具有六边形形状或以六边形图案布置。在附接底座602之前样本固持器610可以填充或载入有包含生物样本的样本流体。替代地，可以在样本固持器610已经附接到底座602上和/或与所述底座成整体的情况下用包含生物样本的样本流体填充或载入样本固持器610。在此类实施例中，可以使用与在第61/612,008号或第61/723,658号美国专利申请案中所揭示的载入器类似或等效的载入器，所述申请案两者以全文引用的方式并入本文中。
在将盖子604附接到底座602之前，可以使空腔608充满或部分地充满流体，例如FluorinertTM或其它合适的液体。盖子604的内表面(在图中不可见)可以包含适合于在使用期间处理或管理由包含于空腔608中的液体形成的气泡的分布的表面结构。例如，盖子604的内表面可以包含与上文关于图11A到11D所论述的盖子170的表面结构类似或等效的表面结构。
再次参考图20，在所说明的实施例中的样本固持器610具有正方形形状和15毫米乘15毫米的总尺寸。样本固持器610还可以包含具有13毫米乘13毫米的尺寸的活性区域、活性区或活性分区611。如本文中所使用，术语“活性区域”、“活性区”或“活性分区”意指反应区或溶液体积(例如，比如反应区154)包含于或分布在其上的样本固持器610的表面区域、区或分区。在某些实施例中，活性区域611可以增加到14毫米乘14毫米或更大，以便增加包含于活性区域611中的反应区的总数目。样本固持器610可以具有其它形状和尺寸，例如，矩形、三角形、圆形或某一其它几何形状。取决于用于给定系统、分析或实验的特定设计参数，样本固持器610和活性区域611的总尺寸可以比图20中的所说明的实施例的总尺寸更小或更大。
活性区域611可以包括多个反应区、凹孔、小瓶或通孔(未示出；例如，比如反应区154)。反应区可以具有75微米的特征直径且以在相邻反应区之间125微米的间距分布在活性区域611上。在其它实施例中，反应区具有小于或等于75微米的特征直径，例如，小于或等于60微米或小于或等于50微米的特征直径。在其它实施例中，反应区具有小于或等于20微米、小于或等于10微米、小于或等于1微米或小于或等于610纳米的特征直径。反应区之间的间距可以小于125微米，例如，小于或等于610微米、小于或等于30微米、小于或等于10微米或小于或等于1微米。
在某些实施例中，样本固持器610具有在相反顶部和底部表面之间等于或约300微米的厚度，因此每个反应区具有约1.3纳升的体积。替代地，例如，通过减小反应区的直径和/或样本固持器610的厚度，每个反应区的体积可以小于1.3纳升。例如，每个反应区可以具有小于或等于1纳升、小于或等于610皮升、小于或等于30皮升、或小于或等于10皮升的体积。在其它实施例中，反应区中的一些或全部的体积在1纳升到20纳升的范围内。
在某些实施例中，反应区在活性区域611上的密度是至少每平方毫米610个反应区。也预期更高密度。例如，反应区在活性区域611上的密度可以大于或等于每平方毫米150个反应区、大于或等于每平方毫米200个反应区、大于或等于每平方毫米500个反应区、大于或等于每平方毫米1,000个反应区、大于或等于每平方毫米10,000个反应区，或大于或等于每平方毫米1,000,000个反应区。有利地，在活性区域611中的所有反应区可以通过光学系统同时成像和分析。在某些实施例中，通过光学系统成像和分析的活性区域611包括至少12,000个反应区。在其它实施例中，通过光学系统成像和分析的活性区域611包括至少15,000个、至少20,000个、至少30,000个、至少610,000个、至少1,000,000个反应区，或至少10,000,000个反应区。
适当时，箱子600及其相关联的元件可以并入有上文关于箱子150所论述的特征、实施例、尺寸和/或功能，且反之亦然。举例来说，箱子600和/或样本固持器610可以经配置以减少或消除在热循环期间产生的气泡的影响的量，如上文关于箱子150和样本固持器102所论述。
参考图23到25，在某些实施例中，壳体、外壳或箱子700包括底座702以及经配置以密封方式接合底座702的盖子或盖704。底座702和盖子704可以接合在一起以形成空腔或腔室708，所述空腔或腔室可以接收或容纳样本固持器、衬底、平面部件或板710。样本固持器710可以是底座702的部分，或可以与底座702分离和/或不同并且经配置以通过底座702安装或固持。箱子700可以进一步包括安置在底座702与盖子704之间的粘合剂、密封件或垫圈712，(例如)以密封空腔708和样本固持器710或使所述空腔和样本固持器与外部环境隔离。
样本固持器710可以如上文关于样本固持器610所论述而构造、载入并且附接或接合到底座702。在某些实施例中，样本固持器710包括板，所述板包括多个通孔并且包含上文所论述的样本固持器102、610的一个或多个特征或实施例。在附接底座702之前可以用包含生物样本的样本流体填充或载入样本固持器710。替代地，可以在样本固持器710已经附接到底座702和/或与所述底座成整体的情况下用包含生物样本的样本流体填充或载入样本固持器710。在此类实施例中，可以使用与在第61/612,008号或第61/723,758号美国专利申请案中所揭示的载入器类似或等效的载入器，所述申请案两者以全文引用的方式并入本文中。
参考图26和27，底座702可以包括多个凸台、突出部、桩支撑位置和/或支撑垫720，其经配置以将样本固持器710固持和/或定位在底座702和空腔708内。突出部720可以配置为或类似于突出部620。底座702可经配置以接收密封件712，例如呈垫圈或粘合剂形式经配置以密封空腔708的密封件。密封件712可以包含一个或多个粘合材料，其经配置以将盖子704接合、密封和/或固定到底座702。在某些实施例中，所述一个或多个粘合材料经配置以提供盖子704到底座702的永久的或固定的连接，以便使包含于样本固持器710中的的样本与周围环境隔离，(例如)以减少或消除由PCR或类似扩增过程而产生的高拷贝DNA扩增子向周围实验室环境中的释放，因此减少了对污染物的环境暴露或将所述环境暴露减到最少。
在某些实施例中，密封件712提供对空腔708的不液密密封(例如，气密或液密密封)。例如，密封件712可经配置以提供液密密封，使得空腔708内的液体(例如FluorinertTM)不会在使用期间(例如，在PCR实验或分析中在样本固持器710中的样本的热循环期间)渗漏出。在所说明的实施例中，底座702包括经配置以接收密封件712的表面或面724。表面724可以是平坦的，如图26中所示。替代地，表面724可以包含经配置以容纳密封件712的插入凹槽或通道，例如，如图22中示出的用于底座602的所示凹槽624a。
再次参考图23和24，盖子704包括外围部分730、中心部分732以及标记区域734，所述标记区域经配置以接收包含字母数字字符、条形码、QR码(快速响应码)或其它类型的标志或记号的单独的标记。部分730、732以及标记734可以包含上文关于部分630、632以及标记634(在上文关于盖子604所论述)所论述的各种方面以及实施例。另外参考图28到29，盖子704还包括内表面或面742以及外表面或面743。内表面742可经配置以接合底座702的表面724和/或密封件712或与其介接。内表面742可以包括底座或底板区域744以及突起或突出部分748，所述突起或突出部分从底座区域744偏移且当盖子704附接到底座702时位于靠近样本固持器710处。可以选择在突起部分748与样本固持器710之间的间隙以减少在样本固持器710上的对流电流和/或以减少在样本固持器710上的热不均匀性。外表面743包含平台或参考区域743a，其可以是平坦的或近似平坦的。外表面743还可以包含在盖子704附接到底座702时定位在样本固持器710上方的中心区域743b。相对于参考区域743a，中心区域743b可以是凹入的或朝向内表面742偏移。替代地，区域743a以及743b可以形成连续的和/或平坦的表面(例如)以提供较大的刚度。
内表面742的底座区域744和/或外表面743的参考区域743a可以包含填充端口740，其经配置以用于将液体引入到在盖子704附接到底座702之后形成的空腔708中。引入的流体可以用液体完全填充或部分地填充空腔708，所述液体经配置以减少或防止(例如)在PCR分析或实验中的热循环期间样本从样本固持器710蒸发。填充端口740可以经配置使得在填充空腔708期间形成的空气或气泡倾向于(例如)因浮力作用而远离突起部分748、朝向底座区域744迁移并且通过填充端口740移出。在将流体添加到空腔708中之后，可以例如使用塞子密封填充端口740。在某些实施例中，塞子包括环氧树脂或其它合适的材料，所述材料可以在应用之后例如使用紫外辐射硬化。因此，填充端口740可以有利地定位在盖子704上，以便在箱子700水平地定向并且处于其在实验或分析期间所具有的相同定向上时促进空腔708中的夹带气体或气泡的净化。
适当时，箱子700和其相关联的元件可以并入有上文关于箱子150和/或箱子600所论述的特征、实施例、尺寸和/或功能，且反之亦然。举例来说，箱子700和/或样本固持器710可以经配置以减少或消除在热循环期间产生的气泡的影响的量，如上文关于箱子150和样本固持器102所论述。
参考图30，箱子600、700可以结合系统800来使用，所述系统可以与在第61/659,029号美国专利申请案或第PCT/US2013/031890号PCT专利申请案中揭示的系统等效或类似，所述申请案中的每一个以全文引用的方式并入本文中。系统800可以包含包括光源810的光学系统或阅读器801、具有样本固持器102、610或710的箱子150、600或700、成像透镜812、传感器814，以及光学器件，所述光学器件用于将光从光源810引导到样本固持器102、610或710上且用于将由包含于样本固持器102、610或710中的样本发出的光引导到传感器814。系统800还可以包含热控制器802和用于操作系统801和/或热控制器802的一个或多个处理器803。
在某些实施例中，系统800不包含热控制器802，或热控制器802包括不包含在与光学系统801相同的外壳或仪器内的单独的仪器或系统。例如，光学系统801可以经配置以接收箱子150、600或700和/或在单独的热控制器(例如PCR热循环仪)中热循环的样本固持器102、610或710。光学系统801随后可以用于执行终点PCR或dPCR实验或分析。在某些实施例中，单独的热控制系统经配置以处理多个片或板，例如，呈箱子150、600或700或类似者形式的片或板。在此类实施例中，光学系统801可以经配置以接收多个箱子150、600或700中的一个或多个以便执行dPCR实验或分析。一个或多个处理器803可以用于基于来自样本固持器102、610或710的数据执行dPCR分析。
参考图31和32，示出根据本发明的实施例的用于处理多个生物样本的系统900的元件中的至少一些。系统900包括偏移部件902和外壳904。外壳904可以包含用于固持根据本文中所揭示的这些元件的实施例中的任一个的箱子的支架。在某些实施例中，偏移部件902在使用期间接合外壳904以在一个或多个生物样本的分析或反应期间将根据本发明的实施例的支架、箱子或衬底中的至少一个维持在正角处。在其它实施例中，偏移部件902位于外壳904内且在使用期间接合根据本发明的实施例的支架、箱子或衬底以在分析或反应期间将至少一个表面维持在正角处。
实例：
类似于箱子700和样本固持器710的各种测试箱子和样本固持器经构造以研究由于在热循环期间形成气泡而导致的在热循环期间的交叉污染问题。测试样本固持器各自包括具有六边形截面的大致20,000个通孔，每个通孔具有约60微米的主要直径。每个测试样本固持器的通孔以72微米的相邻通孔之间的最小距离以六边形图案布置。每个测试样本固持器安装在测试箱子中，使得在测试箱子的内底部与测试样本固持器的底部之间的距离为大致300微米。测试样本固持器的通孔用测试溶液填充且通过将盖子附接到测试箱子的底座而被围封在测试箱子内部。每个测试箱子中的空腔随后用Fluorinert填充且被密封。
各种测试箱子在热循环仪中在60摄氏度与95摄氏度之间的循环温度范围上被处理。在热循环期间，测试箱子相对于水平平面以不同角度倾斜。随后针对交叉污染的量评估样本固持器。获得以下结果。
角度 污染的量
0度 大量
5度 减少
10度 无或不可检测
15度 无或不可检测
上文以完整、清晰、简明并且准确的术语展示了执行本发明的所涵盖的最佳模式，以及制造并使用本发明的方式和方法的描述，由此使本发明所属领域的技术人员能够制造并使用本发明。然而，本发明允许上文所论述的内容的修改和替代构造，其为完全等效的。因此，并不意图将本发明限制于所揭示的特定实施例。相反，意图涵盖在如大体上由以下权利要求书表达的本发明的精神和范围内的所有修改和替代构造，所附权利要求书特别地指出并清楚要求本发明的标的物。
用于与此文件中描述的各种实施例相关的方法的示例性系统包含在以下美国和PCT申请案的列表中所描述的那些系统：
2012年3月16日提交的生命技术案卷号LT00655PRO，其为第61/612,087号美国临时申请案；以及
2012年11月7日提交的生命技术案卷号LT00655PRO2，其为第61/723,759号美国临时申请案；以及
2012年3月16日提交的生命技术案卷号LT00656PRO，其为第61/612,005号美国临时申请案；以及
2012年3月16日提交的生命技术案卷号LT00657PRO，其为第61/612,008号美国临时申请案；以及
2012年11月7日提交的生命技术案卷号LT00657PRO2，其为第61/723,658号美国临时申请案；以及
2012年11月7日提交的生命技术案卷号LT00668PRO，其为第61/723,738号美国临时申请案；以及
2012年6月13日提交的生命技术案卷号LT00699PRO，其为第61/659,029号美国临时申请案；以及
2012年11月7日提交的生命技术案卷号LT00749PRO，其为第61/723,710号美国临时申请案；以及
2013年3月7日提交的生命技术案卷号LT00749PRO2，其为第61/774,499号美国临时申请案；以及
2012年11月7日提交的生命技术案卷号LT00746DES，其为第29/436,636号美国外观设计申请案；以及
2013年3月15日提交的生命技术案卷号LT00655PCT，其为第PCT/US2013/032002号PCT申请案；以及
2013年3月15日提交的生命技术案卷号LT00656PCT，其为第PCT/US2013/032420号PCT申请案；以及
2013年3月15日提交的生命技术案卷号LT00657PCT，其为第PCT/US2013/032107号PCT申请案；以及
2013年3月15日提交的生命技术案卷号LT00668PCT，其为第PCT/US2013/032242号PCT申请案；以及
2013年3月15日提交的生命技术案卷号LT00699PCT，其为第PCT/US2013/031890号PCT申请案。
所有这些申请也以全文引用的方式并入本文中。

Claims (26)

1.一种用于处理多个生物样本的系统，其包括：
支架，其经配置以固持箱子，所述箱子包括：
底座；
安置在所述底座的至少一部分上方的盖子，所述底座和所述盖子在一起形成内部腔室；
位于所述内部腔室内的衬底，所述衬底包括第一表面、与所述第一表面相反的相反第二表面，以及安置在所述表面之间的多个通孔，所述多个通孔包含一个或多个生物样本；以及
密封流体，其安置在所述内部腔室内且覆盖所述衬底的所述表面；以及
温度控制器，其经配置以在所述一个或多个生物样本上的分析或反应期间维持或控制以下各者中的至少一个的温度：所述支架、所述箱子、所述底座、所述衬底、所述盖子、所述密封流体或所述一个或多个生物样本；
其中所述支架经配置以在所述分析或反应期间将所述衬底的所述表面中的至少一个维持在相对于水平平面成正角处。
2.根据权利要求1所述的箱子，其中所述角度是足以防止在聚合酶链反应期间在所述多个通孔中的任何对相邻通孔之间的样本溶液的传递的量。
3.根据权利要求1到2中任一项所述的箱子，其中所述角度是相对于所述水平平面至少5度。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的箱子，其中所述角度是相对于所述水平平面至少10度。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的箱子，其中所述温度控制器经配置以在所述一个或多个生物样本上执行聚合酶链反应。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的箱子，其进一步包括偏移部件，所述偏移部件经配置以在所述分析或反应期间将所述至少一个表面维持在所述正角处。
7.根据权利要求6所述的箱子，其进一步包括包含所述支架的外壳，其中所述偏移部件在使用期间接合所述外壳以在所述分析或反应期间将所述衬底的所述至少一个表面维持在所述正角处。
8.根据权利要求6所述的箱子，其进一步包括包含所述支架和偏移部件的外壳，其中所述偏移部件安置在所述外壳内部且在使用期间接合所述支架以在所述分析或反应期间将所述至少一个表面维持在所述正角处。
9.一种处理多个生物样本的方法，其包括：
提供箱子，其包括：
底座；
安置在所述底座的至少一部分上方的盖子，所述底座和所述盖子在一起形成内部腔室；
位于所述内部腔室内的衬底，所述衬底包括第一表面、与所述第一表面相反的相反第二表面，以及安置在所述表面之间的多个通孔，所述多个通孔包含一个或多个生物样本；
密封流体，其安置在所述内部腔室内且覆盖所述衬底的所述表面；
将所述底座放置成与温度控制器热接触；
在所述一个或多个生物样本上执行分析或反应，同时维持或控制以下各者中的至少一个的温度：所述支架、所述箱子、所述底座、所述衬底、所述盖子、所述密封流体或所述一个或多个生物样本；
在执行所述分析或反应时将所述衬底的所述表面维持在相对于水平平面成正角处。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述角度是足以防止在聚合酶链反应期间在所述多个通孔中的任何对相邻通孔之间的样本溶液的传递的量。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述角度是相对于所述水平平面至少5度。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述角度是相对于所述水平平面至少10度。
13.一种用于处理多个生物样本的系统，其包括：
支架，其经配置以固持箱子，所述箱子包括：
内部腔室；以及
位于所述内部腔室内的衬底，所述衬底包含多个隔离的反应位置，所述反应位置包含一个或多个生物样本；以及
温度控制器，其经配置以在所述一个或多个生物样本上的分析或反应期间维持或控制以下各者中的至少一个的温度：所述支架、所述箱子或所述一个或多个生物样本；
其中所述支架经配置以在所述分析或反应期间将所述衬底的表面中的至少一个维持在相对于水平平面成正角处。
14.根据权利要求13所述的箱子，其中所述角度是足以防止在聚合酶链反应期间在多个通孔中的任何对相邻通孔之间的样本溶液的传递的量。
15.根据权利要求13到14中任一项所述的箱子，其中所述角度是相对于所述水平平面至少5度。
16.根据权利要求13到15中任一项所述的箱子，其中所述角度是相对于所述水平平面至少10度。
17.根据权利要求13到16中任一项所述的箱子，其中所述温度控制器经配置以在所述一个或多个生物样本上执行聚合酶链反应。
18.根据权利要求13到17中任一项所述的箱子，其进一步包括偏移部件，所述偏移部件经配置以在所述分析或反应期间将所述至少一个表面维持在所述正角处。
19.根据权利要求18所述的箱子，其进一步包括包含所述支架的外壳，其中所述偏移部件在使用期间接合所述外壳以在所述分析或反应期间将所述衬底的所述至少一个表面维持在所述正角处。
20.根据权利要求18所述的箱子，其进一步包括包含所述支架和偏移部件的外壳，其中所述偏移部件安置在所述外壳内部且在使用期间接合所述支架以在所述分析或反应期间将所述至少一个表面维持在所述正角处。
21.一种处理多个生物样本的方法，其包括：
提供箱子，其包括：
内部腔室；以及
位于所述内部腔室内的衬底，所述衬底包含多个隔离的反应位置，所述反应位置包含一个或多个生物样本；以及
将所述底座放置成与温度控制器热接触；
在所述一个或多个生物样本上执行分析或反应同时维持或控制以下各者中的至少一个的温度：所述支架、所述箱子或所述一个或多个生物样本；
在执行所述分析或反应时将所述衬底的表面维持在相对于水平平面成正角处。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述角度是足以防止在聚合酶链反应期间在多个通孔中的任何对相邻通孔之间的样本溶液的传递的量。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述角度是相对于所述水平平面至少5度。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述角度是相对于所述水平平面至少10度。
25.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统包含所述箱子。
26.根据权利要求13所述的系统，其中所述系统包含所述箱子。
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Application publication date: 20160302