CN105828950A - 改进型热循环仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种热循环仪，包括：具有多个反应孔或适于容纳多个反应容器的可旋转平台，其中至少一部分可旋转平台和/或反应孔是由适于通过暴露于电磁能进行感应加热的材料形成的。所提供的电磁能源配置为将电磁能导向可旋转平台，其中电磁能源包围足够量的可旋转平台，以便对所述整个平台进行几乎同时加热。在优选的实施例中，该电磁能源完全包围所述可旋转平台。本发明还包括一种利用本发明所述的新型热循环仪设备在预设的温度区间对反应混合物进行循环的方法。本发明也包括本发明的新型热循环仪设备在进行诸如聚合酶链反应(PCR)和连接酶链反应(LCR)等核酸扩增反应中的应用。

Description

改进型热循环仪
技术领域
本发明涉及一种改进型热循环仪，并且在下文中将结合本申请予以描述。具体来说，本文中已描述的改进型热循环仪用于进行核酸扩增反应。然而应当了解，本发明不仅仅限于这种特定领域的应用。
背景技术
以下提供的对于现有技术的论述是将本发明置于恰当的技术环境中，并使本发明的优点得到更全面的理解。但是应当了解，整个说明书中对于现有技术的任何论述不应该被视为表达或是暗示承认这种现有技术是众所周知的，或者这种现有技术构成了本领域公知常识的一部分。
许多体系依靠多重化学反应或化学反应循环来生产所需的产品，这些体系通常需要在反应保持在某一温度的时间段内精细的温度控制以及重复性和精确性控制。例如，这类反应包括诸如聚合酶链反应(PCR)和连接酶链反应(LCR)等核酸扩增反应。
PCR是一种涉及多重循环的技术，每完成一个循环，就会引起某些多核苷酸序列以几何级数扩增。PCR这种技术众所皆知，而且在许多书中进行了描述，包括《PCR：一种实用方法》，作者是M.J.McPherson等，由IRL出版社1991年出版、《PCR方案：方法和应用指南》，作者是Innis等，由学术出版社1990年出版、以及《PCR技术：DNA扩增的原理与应用》，作者是H.A.Erlich，由斯托克顿出版社1989年出版。许多美国专利对PCR也有所描述，包括：US4,683,195、4,683,202、4,800,159、4,965,188、4,889,818、5,075,216、5,079,352、5,104,792、5,023,171、5,091,310和5,066,584。这些文本中的全部内容通过引用合并入本说明书内作为参考。
PCR技术通常包括使多核苷酸变性的步骤，然后是使至少一对引物寡核苷酸退火并与变性的多核苷酸配对的步骤，即引物与变性的多核苷酸模板杂交。退火步骤之后，具有聚合酶活性的酶催化新多核苷酸链的合成，新多核苷酸链整合引物寡核苷酸并利用原始的变性的多核苷酸作为合成模板。这一系列的步骤(变性、引物退火和引物延伸)构成了一个PCR循环。
随着这些循环的重复，新合成的多核苷酸的产量呈几何级数增加，因为从早期循环新合成的多核苷酸可以作为后期循环的合成模版。引物寡核苷酸通常进行成对选择，其可以退火以与给定的双链多核苷酸序列的互补链配对结合，从而对两个退火位点之间的区域进行扩增。
DNA的变性通常发生在大约90-95℃，引物退火以与变性的DNA配对通常在大约40-60℃实施，而退火的引物在聚合酶的作用下延伸的步骤通常在大约70-75℃实施。因此，在PCR循环的过程中，反应混合物的温度必须要进行变动，而且在多重循环PCR实验中需要变动许多次。
为了加快整体的分析时间，有必要能使试剂迅速达到预期的温度，并使反应在不连续的时间段统一保持在某个温度进行，然后再使反应改变到循环的下一个温度。也有必要对反应物进行精确的温度控制。
现有技术中公开了许多用于DNA扩增和测序的热“循环仪”，其中含有一个或多个温度控制元件或“模块”来保持反应混合物的温度，并且其中，模块的温度随着时间而改变。这些设备有很大的缺点，反应混合物进行循环的速度缓慢，并且温度控制不是很理想。为了努力解决对加热模块周期性升温和降温的需要，其他人已经设计出了本技术领域已知的装置，称为“热循环仪”。在这种装置中，将多个温度控制模块保持在不同的预期温度，并利用机械臂以将反应混合物在模块之间移动。美国专利US5,443,791、5,656,493和6,656,724都公开了这些传统的热循环仪系统。然而，我们可以了解到，这些系统存在自身的一组缺点。例如，他们的生产量相对受限，体积较大，容易出故障，价格昂贵并且需要经常进行日常维护。
现有技术中，研究人员已经进行了多种多样的尝试来减少整体的循环时间和/或改善温度控制，以及大体克服上述缺点。最常见的方法是非接触式且依靠热空气循环，通过迅速转换气流至所需温度来实施循环。但是，热空气的控制和应用效率低下或不易控制。
公布号为WO98/49340的国际PCT专利首次公开了这种现有技术装置的进展，它教导了一种将可旋转平台用于DNA片段的扩增和检测的热循环仪。将试剂装入该可旋转平台的加样孔内，当该平台转动时，这些试剂混合在一起并且在离心的作用下移位至分布在该平台外周附近的反应孔内。然后该可旋转平台进行热循环。通过该平台的转动，每个单独的反应孔都可以被固定式检测器进行持续监测。可以用常规的加热方法来执行该平台的热循环，比如通过利用加热元件来加热导向该平台的气流。利用热空气来加热整个平台的缺点是装置周围的结构也会变热，而在循环的冷却阶段这些结构将需要被冷却，否则它们会继续辐射热能从而影响反应孔内发生的反应的温度。除了该平台之外，该装置的加热部件和冷却部件效率低下，因此利用加热空气的气流进行温度控制不是很理想。而且，难以测定反应混合物的温度，因此需要估测反应混合物的温度。由于空气和反应混合物之间的温度差异很大，估测的反应温度会产生很大的误差，意味着温度控制不良。
专利WO98/49340公开的其它加热方法包括将狭窄的红外(IR)光束或微波能量束导向该平台的一部分，然后转动该平台穿过或经过此波束。以这种方式，该平台的每个部分都可接受有效的能量脉冲，从而在任一时间点只有该平台的一小部分被加热。这样就会导致整个平台出现温差。在专利WO98/49340中，根据需要，通过将该可旋转平台暴露于冷却液流中对其进行冷却，比如是任选地冷冻过的环境空气。总之，这些加热方法利用的是非相干性和非聚集性电磁能源，这就需要大功率来使反应孔达到所需温度。另外，通过这些传统手段对反应进行加热可能需要数分钟才能达到预先设定的调定点温度。
根据上述论述，本发明的优选目的是开发一种非接触式实时热循环仪，其具有改进的热循环速度，并且从而减少整体循环时间。
本发明的目的是克服或改进现有技术中的一个或多个缺点，或者是至少提供一种有用的替代品。
发明内容
本发明涉及一种高速热循环仪(热循环仪)，其利用电磁能量(EM)源对可旋转平台进行加热。这种装置还提供了对反应卓越的温度控制。优选地，所述电磁能为射频(RF)能量(频率范围大约从3kHz至300GHz)，并且在一个实施例中RF介于50-60kHz之间。在一个优选的实施中，所述电磁能的来源为电感器，并且所述可旋转平台是由当暴露于所述电感器时适于进行感应加热的材料制成的，或者是与当暴露于所述电感器时适于被感应加热的材料进行热传递。优选地，所述可旋转平台具有多个反应孔，用于容纳PCR试剂，或者适于容纳多个相应的反应/样品容器，比如说，这些容器用于容纳PCR试剂。每个反应容器都与所述反应孔和可旋转平台热传递。所述电感器包围足够量的所述可旋转平台，以便对整个所述平台进行同时、均匀和高速加热，不管所述平台是否旋转以及旋转速度多快。在一个优选的实施例中，所述电感器被成形为环状，并且完全围绕所述可旋转平台。如果所述平台的旋转速度较慢或者为零，此实施例特别有利，因为整个平台可以被同时加热。在另一个实施例中，如果需要平台旋转的速度相对较高，所述电感器可以不必完全围绕所述平台，尽管所述电感器包围足够量的所述可旋转平台的目的是对整个平台进行同时、均匀和高速加热，然而所述电感器仍然可以对整个所述平台进行几乎同时加热。这种配置提供了各种不同的优点，将要在下文中进一步讨论。
根据第一方面，本发明提供一种热循环仪，包括：
可旋转平台，具有多个反应孔，其中，所述可旋转平台适于通过暴露于电磁能而被感应加热；以及
电磁能源，适于将电磁能导向所述可旋转平台，
其中，所述电磁能源包围足够量的所述可旋转平台，以便对所述平台进行几乎同时加热。
优选地，所述可旋转平台和/或反应孔中的至少部分是由适于通过暴露于电磁能而被感应加热的材料形成的。在另一个实施例中，所述可旋转平台和/或反应孔与一种材料热传递，而这种材料中的至少部分是由适于通过暴露于电磁能而被感应加热的材料形成的。这些实施例将在下文中进一步讨论。
优选地，所述反应孔分布在形状为环形的平台的外围附近。但是本领域的技术人员应该理解还有其它的布置方式。应该了解整个所述平台可以被几乎同时加热。
在一些优选的实施例中，所述反应孔是单独形成的，但与所述可旋转平台热接触；而在其它的实施例中，所述反应孔与所述可旋转平台一体成型，因此是由同一种材料制成。在这些实施例中，所述材料适于通过暴露于电磁能而被感应加热。在一些实施例中，所述反应孔通过以环形阵列排列的一个或多个凸缘连接在一起，以提供所述可旋转平台。
在一些实施例中，所述可旋转平台适于在反应孔中盛装或容纳多个反应容器。在一个实施例中，每个反应容器的至少部分是由适于因暴露于电磁能而进行感应加热的材料形成的。在其它实施例中，不论是所述平台还是所述反应孔的至少部分都是由适于因暴露于电磁能而进行感应加热的材料形成的，并且所述反应容器是由高热传导性材料形成的。
优选地，所述装置还包括适于围绕旋转轴旋转所述可旋转平台的驱动系统。优选地，所述装置还包括控制单元，控制单元以预设的、可控的和用户可选的旋转速度旋转所述可旋转平台。
优选地，所述平台和所述反应孔和/或反应容器由吸收电磁能并将所吸收的电磁能转换为热能的材料形成。优选地，所述平台和/或反应容器的形成材料可以这样选择，该材料能吸收由电磁能源以足够的速率产生和传递的电磁能，用来以预设的速率对所述平台进行加热，和因此对反应孔/反应容器内盛装的试剂进行加热。优选地，所述平台由具有足够热传导性的材料形成，从而在加热过程中，整个平台的温度是相同的。高热传导性优先确保容纳于所述反应孔或反应容器内的反应物或试剂内的温度均匀。在优选的实施例中，所述可旋转平台的重量尽可能降低，以使所述平台达到预定温度所需的感应能尽可能小。
用于平台和/或反应孔/反应容器的一些合适的材料是磁性或非磁性的导电金属。这些合适的材料包括但不限于钢、碳、锡、钨、铝、铜、金、黄铜以及它们的组合。在另一个或附加的实施例中，所述可旋转平台可以通过附接与可旋转平台热接触的感受器来间接进行感应加热。在该实施例中，所述的感受器由导电材料制成，可以是磁性的也可以是非磁性的，而所述平台是由高导电材料制成的。本领域的技术人员会理解，即使某种材料是非导电性的，也可以通过磁滞损耗对其进行感应加热。在该实施例中，所述材料选择为具有优良的相对磁导率，即衡量一种材料支持在其自身内部形成的磁场的能力的指标，或者换句话说，一种材料响应于施加的磁场而获得的磁化程度。这些合适的材料可以选自钴铁、镍铁导磁合金、电工钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体(镍锌)、碳素钢、镍和它们的组合。其它合适的材料对本领域的技术人员来说也是已知的。磁滞现象引起介质内部摩擦，进而产生热量，并且当磁性部件穿过电感器时也会引起内部摩擦。对于电感器内部迅速变化的磁场，磁性材料本身会产生电阻。
优选地，所述可旋转平台和其相关的反应孔由铝制成，并且优选地，将所述平台进行旋转以使所述反应孔(或反应容器)中的反应样品旋转经过单个光学检测单元，以检测在所述反应孔/反应容器中发生的反应发出的光学信号，并且从而监测反应进程。所述可旋转平台可以以约15℃/秒的速度被迅速加热，并且所述可旋转平台优选利用强制喷射环境空气或冷空气(2-5℃)进行冷却，尽管其它的冷却方法对本领域的技术人员来说也是已知的。
优选地，所述电磁能源完全包围所述可旋转平台。优选地，所述的电磁能源不是通过直接接触的方式把热能传递到所述可旋转平台，而是通过间接接触的方式。优选地，所述电磁能源根据各种各样的因素持续性地或间歇性地提供电磁能，例如所述反应孔或反应容器中的试剂的所需温度，热能从所述反应孔或反应容器中移除的速率，以及温度变化所需的速率等。间歇性能量递送可以通过能量脉冲的方式，脉冲持续时间相同或不同，或者开始的脉冲持续时间较长，然后持续时间较短，或者根据需要达到的预设温度定制脉冲。递送的间歇性电磁能可以根据预定的时间表进行传递，而这个时间表是根据初始的校准程序确定的。
优选地，所述电磁能源是电感器，并且与所述可旋转平台和相关的反应孔是磁耦合的，以在其中感应电流和产生热量。应该了解，所述电磁能源基本上包围所述可旋转平台，这使得整个所述平台以相对较快的速率被均匀加热。可选地，所述可旋转平台包括与所述反应孔或反应容器热接触的感受器，其中所述电感器与所述感受器耦合，以在其中感应电流并在所述平台和反应孔/反应容器内产生热量。优选地，所述电感器与所述感受器是磁耦合的。
相关现有技术对可旋转平台在热循环装置中的应用进行了教导，但这些现有技术仅教导了在任一时间对平台的一部分进行加热，例如通过将红外(IR)光导向该平台的一部分，然后旋转该平台穿过或经过此光束。所述平台的每个部分都可接受有效的能量“脉冲”。可选地，发射可见光或IR光的激光器、或微波源被导向至反应孔或反应容器，当这个反应孔或反应容器被旋转经过能量源时被加热。在这些实例中，由于该加热源为有效的“点源”，因此必须旋转所述平台穿过或经过该点源，从而对所述平台和每个反应容器/反应孔进行均匀加热。现有技术中的其它实例使用了邻近所述可旋转平台设置的一块磁铁，其中旋转所述平台经过该磁铁以及穿过该磁场区域时就会在所述平台内诱导热量的产生。在其它现有技术的实例中，提供一对相互对置的磁铁，并且所述平台在这两块磁铁之间的空隙内旋转，以在所述平台内诱导热量的产生。在所有这些情况下，在任一时间只能对所述平台的小部分进行加热，因此必须对所述平台进行旋转使其经过该加热点源，从而对整个平台进行加热。需要旋转所述平台使其均匀受热限制了对于旋转速度的控制程度，而旋转速度在某些实施例和应用中是非常重要的。本发明优于现有技术的优势在于，旋转速度可以从高速且均匀加热平台的能力中脱离出来。
此外，相关现有技术教导了应用单个热源对所述平台的小部分进行加热，其中热源安装于所述平台下方，以朝向所述平台以基本向上的方向提供单向热能。热源也可以可选地安装于平台上方。在这种现有技术中，该单向外部加热会造成平台内部以及贯穿整个平台的温度差异，这就需要额外时间来使整个平台的温度变得均衡。因此，需要对所述平台进行均匀加热，从而对孔内容纳的试剂的温度进行更精确地控制。本发明优于现有技术的优势在于电磁(EM)能量源适于对所述平台进行同时感应加热，以及从平台内部加热，以便使整个平台和/或腔/孔基本均匀受热。由于感应加热用于对所述平台进行几乎同时加热，因此温度差异可降至最低限度或消除，从而使得在更短的时间内发生反应。
在本发明的其它实施例中，还设想了将电感器和点加热源进行组合，例如将发射可见光或IR光的激光器或者微波源导向可旋转平台。此实施例把加热所述平台的现有技术“点源”(脉冲式能量传递)与本发明进行了组合，其中整个可旋转平台被几乎同时加热。
如上所述，本发明将所述平台的旋转速率的因素从对平台加热的能力中脱离了出来。整个所述平台可被均匀加热而无需旋转所述平台，或者有时仅需要缓慢旋转。这个方面是优于现有技术的先进之处，因为旋转速度可用来控制离心力，并且因此控制所述平台上的液体相对于平台的运动。
与现有技术不同的是，本发明可以被视为变压器。初级线圈(电感器)中的改变/交变电流会在所述变压器的磁芯中产生磁通量的变化，从而穿过所述可旋转平台(次级线圈)的磁通量也发生变化，引起环流电流。所述环流(涡流)电流通过金属的电阻时，在所述可旋转平台和初级线圈之间不直接接触的情况下，产生精确的局部热量。应该了解，所述次级线圈是单匝短路匝。
本发明不但有助于提高加热所述平台的速率，并且因此降低整体的循环时间，还改善了加热整个平台的均匀度，并且因此控制在反应孔或反应容器中发生的化学反应。申请人已经发现，控制加热所述平台的精确性和所述平台的加热速度可以降低整体的循环时间，而循环时间是商用设备中的一个非常重要的方面。另外，由于只有所述平台被加热，而设备的其它周围部件不被加热，因此这种设备节能效果明显。
优选地，本发明所述的热循环仪系统对整个所述平台几乎同时加热。优选地，所述热循环仪配置为当所述平台达到所需温度时，在加热阶段期间使所述平台各处的温度差异保持在低于10％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％或0.1％。优选地，贯穿整个所述可旋转平台，所述反应孔或反应容器内试剂的温度是均匀的，从而使得所述平台任意两部分之间的最大温度差异或者反应孔或反应容器内容纳的试剂内的最大温度差异均低于1℃、0.75℃、0.5℃、0.2℃、0.1℃或0.01℃。优选地，所述电磁能源是电感器，它基本围绕所述可旋转平台。在一些优选的实施例中，所述电感器完全围绕所述可旋转平台，而在其它的实施例中，所述电感器围绕所述可旋转平台的整个圆周的约45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％以上。应该了解，所述电感器可以配置分为跨越所述可旋转平台的圆周的几部分的两段或多段，而这些段的组合加在一起超过了所述可旋转平台的整个圆周的45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％。
在优选的实施例中，所述电磁辐射的传递频率介于35kHz至45kHz之间或50kHz至60kHz之间，即射频。然而，在其它的实施例中，辐射的频率介于5kHz至100MHz之间。相比之下，一些现有技术设备教导的电磁能的应用处于IR和可见光的频率范围，即，介于300GHz和430THz之间。
冷却气体可以是许多种气体中的任一种，然而，为了方便和成本效益起见，在多数情况下所述冷却气体仅简单地为处于环境温度下的空气。然而在某些情况下，有可能应用冷却空气。在进行了所需数目的循环之后，如果希望将样品冷却至低于室温的温度，冷却空气会尤其有用。
DNA变性通常发生在大约90-95℃，使引物退火以与变性DNA配对通常在大约40-60℃进行，而退火的引物在聚合酶的作用下延伸的步骤通常在大约70-75°℃进行。因此，在PCR循环的过程中，反应混合物的温度必须要进行变动，而且在多重循环PCR实验中需要变动许多次。本发明所述的装置能使所述反应孔或反应容器内容纳的试剂以0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、10、15、20或25℃/秒的速率被加热，并且在某些情况下以30℃/秒的速率被加热。应该理解，根据从电磁能源递送到所述电感器的功率值和所选择的材料，也可能达到更高的加热速率。可旋转平台可以1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12或15℃/秒的速率被冷却，并且在某些情况下以20℃/秒的速率被冷却。非常快速的加热速率，以及所述可旋转平台可被加热的精确速率，能使整体循环时间减少，这对于商业设备具有显著优势。
此外，本发明还使用与所述可旋转平台热接触的热电偶或热敏电阻，用于直接测定所述可旋转平台和/或反应容器/反应孔的温度，从而实时测定容纳于所述反应容器/反应孔内的试剂的温度。以这种方式，使额外控制反应温度成为可能，特别是能够使反应达到某一温度，然后将反应精确保持在该温度并持续预设的一段时间。通过这种方式就无需更长的不必要的保持时间，从而进一步减少整体的循环时间。另外，由于反应容器与平台之间的温度差异低于反应容器与现有技术设备中的预热空气之间的温度差异，因此对反应温度的控制也得以改善。这就能使反应容器的温度建模更加精确，并且因此实现了对容器内盛装的反应物更精确的温度建模。
实时监测可旋转平台的温度意味着控制软件能够精密调节递送至电感器的能量大小，并且因此决定了可旋转平台以多快的速度被加热。在某些情况下，优选地，将较高功率递送至初级线圈，引起平台非常快速加热，然后通过持续调整递送至初级线圈的功率大小，将温度控制在设定值。在其它的优选实施例中，有可能在放入冷却气体的同时对平台进行加热，并通过精密调节递送至初级线圈的能量大小，有可能比现有技术设备更快地使可旋转平台到达所需温度。由于整个平台被同时或几乎同时加热，因此上述的现有技术中的“点源”加热方法不可能实现这种控制水平。
本发明的热循环仪特别适合应用于诸如聚合酶链反应(PCR)和连接酶链反应(LCR)的核酸扩增反应。然而，应该了解装置可以应用于依靠多重化学反应或化学反应循环来生产所需产品的各种各样的体系。对于PCR，优选地，被分析的或参与反应的样品为含有诸如DNA或RNA的核酸样品。通常，样品中的其它成分通常会包括寡核苷酸引物、脱氧腺苷三磷酸(dATP)、脱氧胞苷三磷酸(dCTP)、脱氧鸟苷三磷酸(dGTP)、脱氧胸苷三磷酸(dTTP)、以及耐热DNA聚合酶、耐热DNA聚合酶的酶活性片段、耐热DNA聚合酶的酶活性衍生物和逆转录酶中的至少一种。
优选地，将样品保持在预设温度的时间是预先选定的并且可控的。本发明中的一个实施例利用热循环仪进行核酸扩增反应，热循环足以使下面的反应发生：
(a)DNA变性成它的组分链；
(b)使寡核苷酸引物退火，与DNA中的互补序列配对；以及
(c)新DNA链的合成；
优选地，重复这些步骤，直到达到所需的扩增水平。热循环仪还可以包括适用于使样品变性的热循环，通常该样品的变性时间介于2-10秒之间。
从上面的论述可以看出，本发明的设备实现了常规用于实施聚合酶链反应和其它酶促反应的温度之间的快速循环。因此，本发明设备的应用提供了将反应混合物在不同温度之间循环的有效方法。
在本发明更优选的一个实施例中，还提供了监测设备，用于评估反应孔或反应容器中发生的反应的进程。通常，监测设备为荧光检测器、分光光度计或光度计。对于许多根据观察产物的光密度或荧光变化来监测进程的酶促反应来说，这一点特别有用。在监测PCR反应过程中，这些监测设备非常有用。在这种情况下，可在反应混合物中加入嵌入燃料，例如溴化乙锭或Green荧光染料。一旦染料与双链DNA结合后，就会发出荧光。因此，通过监测反应混合物中的荧光强度，就可以对已经存在的倍增数量进行评估。可选地，也可以应用与DNA杂交的荧光标记探针。其它方法对本领域的技术人员也是已知的。
本领域的技术人员应该理解，在不同预设温度之间的循环可以实现自动化。这个过程可以包括下面的一个或多个步骤：驱动电感器、关掉或脉冲调节电感器、提高可旋转平台的转速、降低可旋转平台的转速、保持可旋转平台的转速恒定、调低平台的转速至零或接近零、允许冷却气体进入以冷却平台、调低冷却气体的流速至零、将平台的温度控制为预设温度、将平台的温度从一个预设温度改变到另一预设温度(从较冷的温度改变至较热的温度，反之亦然)等等。而且，在提供有监测设备并且反应已经到达合适的时间点的情况下，可以将冷却气体泵入腔室从而使反应混合物冷却至低于室温的温度。
在一个实施例中，可旋转平台可从设备上移除，而在其它的实施例中平台固定安装于设备中。在一个实施例中，将试剂或反应物加入到反应孔内，然后进行热循环。在这种情况下，不再需要反应容器。然而，在另外一个实施例中，将反应容器放入适于容纳反应容器的反应孔内。再将试剂或反应物加入到反应容器内并进行热循环。
在适用于在本发明的装置的可旋转平台的第一个实施例中，平台由铝制成并配置为适于容纳48个反应容器。然而，应该了解平台可根据需要配置为容纳少于或多于48个反应容器，例如96个、192个或384个反应容器。应该了解平台可根据需要配置为具有任意数量的反应容器/反应孔，以满足所需的应用。平台优选配置成套筒的环形阵列以容纳相应的反应容器，其中，套筒为反应孔。套筒适于在其中容纳容器。在一个实施例中，套筒与水平面呈约80度角，并且在套筒的基底部具有开孔，用来利用光学检测设备光学监测容纳于套筒内的反应试管中发生的反应。反应容器的构建材料选择为对光学检测仪器运行时所用的光波波长光学透明的材料。套筒可与水平面呈任意角度，从低至30度到高达90度。平台还优选为在其内部包含一个或多个温度传感器，用来精确测定铝的温度。
在一些优选的实施例中，可旋转平台构建为具有最低重量，从而使反应容器插入反应孔时，只能到达反应容器的最大液体体积的水平面。在一些实施例中，最大液体体积为5、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、125、150、175、200、250、300、400、500或1000μL，并且反应孔的深度和直径适于与反应容器相匹配，反应容器选择为使其最大液面高度与反应孔的上表面一致。也就是说，不需要加热/冷却整个反应容器，而仅需要加热/冷却反应容器的含有反应物的那部分。反应容器中高于最大液体体积的部分无需与可旋转平台或反应孔接触。因为反应容器中不与试剂/反应物接触的部分不再浪费时间和能量进行加热/冷却，这就能使设备的速度进一步提高。在这种情况下，如果反应容器未受热的上部存在凝聚状态的物质，在每次加热循环之后，可提高平台的旋转速度使其足以确保任何凝聚物都会朝向反应容器的基底部沉降并进入试剂的主体部分。在一些实施例中，平台的转速可以提高至1500rpm以上，从而在离心力的作用下推动凝聚物向反应容器的基底部沉降，例如转速高达3000rpm。其它旋转速度对本领域的技术人员也是已知的。
在适用于本发明的装置的可旋转平台的第二个实施例中，平台由塑料材料制成，该材料对于光学检测仪器运行时所用的光波波长是光学透明的。平台优选为直径约130mm、厚度约1mm，并且实际上是一个薄的圆形板。板包括径向内加样孔和径向外反应孔，每个孔都通过狭窄通道连接。该狭窄通道适于或配置为使液体只有在平台达到足够高的转速(产生足够大的离心力)时才能从内孔流向外孔。每个径向内加样孔与一个或多个径向外反应孔通过通道连接。反应孔优选为直径约6mm，并通过加样孔在离心力作用下进行加样。应该理解，可将第一种试剂加入到径向内加样孔，并将第二种试剂加入的径向外反应孔，然后在离心时，使第一种试剂与第二种试剂接触。在该实施例中，板夹置在一个或多个平板感受器中间，其中的感受器优选为重量相同。感受器可以是铝盘。底盘固定在装置内并且可以旋转，而顶盘是可移动的，从而允许用户使用加样孔和反应孔。固定铝盘具有安装于其内的旋转热传感器以精确地测定铝盘的温度。可移动的顶部铝盘与固定铝盘重量相同，以使顶盘吸收与固定盘相同的感应能。应该理解，铝材料可以替换为适于感应加热的不同的材料。反应孔内的实际液体温度可进行建模并精确控制。通过利用可进行感应加热的顶盘和可选择的下面的固定盘(或反之亦然)，板适于从顶面和底面同时进行加热，从而对反应孔/加样孔内的试剂/反应物进行非常迅速的升温。在另一个实施例中，体系只依靠由铝制成的下部的固定盘和选择塑料材料制成的顶盘也能运行。但是，与两个都由铝制成的双盘比较，这种体系的升温速率会稍微慢一些。在另一个实施例中，示例性平台由适于进行感应加热的材料制成。
如上所述，可旋转平台优选为由铝制成，或者由塑料材料制成并且具有与其热接触的感受器，从而使平台响应于暴露至电磁能而可被加热，电磁能优选RF能量。在另一个或附加的实施例中，可旋转平台由塑料材料制成，并且这种塑料材料具有至少一种改善导热性能的填充剂。这些导热聚合物可以提供从2W/mK(类似于玻璃)至100W/mK(类似于铸铝)的热导率，而标准聚丙烯的热导率通常为约0.2W/mK。可以使用多种多样的填充剂，这些填充剂通常基于碳或石墨，或者是诸如氮化铝和/或氮化硼的氮化物。其它的填充剂对本领域的技术人员也是已知的。由于该实施例中试剂与导热塑料直接接触，因此应用高热导率的聚合物有助于提供均匀加热并将热量更快地传递到试剂。
在相关的实施例中，填充剂为铁磁颗粒。当置于感应场中时，这样制成的塑料平台可以通过磁滞损耗进行加热，从而对可旋转平台进行直接加热。在此实施例中，有可能达到5-20℃/秒的加热速率。
在又一个更相关的实施例中，本发明还提供了一种不再使用双铝盘把可旋转板夹在中间的体系，而是利用改善热传导率的填充剂来模制盘并且允许该盘被感应加热。通过以这种方式来模制盘，孔的形状和大小可以根据加热方式和整个盘的大小进行优化。另外一个优点是光学器件只需要一个小取景孔，因为反应孔的其它侧面可被同时加热，因此进一步改善了热转移。
由于铁磁颗粒均匀分布于整个可旋转平台，因此上述实施例提供的是均匀加热方式。然而，在这些实施例中，还需要另外一种温度感测方法。本领域的技术人员会理解哪种方法可用，例如可以将热敏电阻铸模到可旋转平台内部。
根据第二方面，本发明包括一种使反应混合物在预设温度之间进行循环的方法，该方法包括以下步骤：
提供根据第一方面的热循环仪；
在一个或多个反应孔中提供所述反应混合物，然后进行下列循环：
驱动电感器以加热反应孔，并且因此将反应混合物加热至第一预设温度，以及
使可旋转平台与冷却液接触，以将反应混合物冷却至第二预设温度，第二预设温度与第一预设温度不同，
从而对反应混合物进行热循环。
应该了解，反应混合物也可以可选地包含于反应容器内，反应容器容纳于反应孔内。
该方法还包括驱动电感器以使反应混合物(可旋转平台/反应容器/反应孔)在预设温度之间进行循环的步骤。
在优选的实施例中，在使可旋转平台与冷却液接触之前，将电感器关掉或将其功率降低，以停止或减少对平台的加热。
在一个优选的实施例中，本发明包括一种利用本发明的装置进行核酸扩增反应的方法，其中应用了聚合酶链反应、连接酶链反应或任何其它扩增技术。优选地，DNA变性成它的组分链；寡核苷酸引物退火，与DNA中的互补序列配对；以及新DNA链的合成。优选地，重复这些步骤，直到达到所需的扩增水平。
方法包括以下步骤：将反应混合物加入到反应孔或反应容器内，然后对反应混合物进行热循环，直到达到所需的扩增水平。在热循环过程中，反应混合物优选为利用检测设备进行监测。
优选地，反应孔成形和配置为容纳的液体体积介于25μL至2500μL之间，特别是25、50、75、100、125、150、175、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1250、1500、2000或2500μL。反应孔的深度/高度和直径可以是适合应用的任何数值。然而，以举例的方式说明，可能的孔直径介于2至40mm之间，而理想的孔深度介于5至50mm之间。
任何旋转速度均落入本发明的保护范围之内。然而，以举例的方式说明，可能的旋转速度为10、50、100、150、200、300、400、500、100、1250、1500、1750、200、300、400或5000RPM。如果正在向反应孔/反应容器内加入试剂，优选的旋转速度介于10至500RPM之间。如果要推动凝聚物向下沉降至反应孔/反应容器内的试剂的主体部分，则需要旋转速度超过1500RPM，例如速度为2000、2500、3000、3500或4000rpm。优选地，在分析反应孔/反应容器中的反应混合物的时候，平台的旋转速度介于500至1000RPM之间。
根据第三方面，本发明提供了根据本发明的热循环仪进行核酸扩增反应的应用，核酸扩增反应选自聚合酶链反应(PCR)和连接酶链反应(LCR)。
所属技术领域的技术人员会理解，本发明不仅包括本发明公开的实施例和技术特征，还包括所公开的实施例和特征的各种组合和/或排列。
附图说明
现在将仅通过举例的方式参照下述附图来对本发明的优选实施方式进行阐述，其中：
图1为根据本发明的装置的侧视图；
图2为适用于图1装置的可旋转平台的透视图；
图3为根据图1装置的透视图，展示了为了使用图2的可旋转平台而处于打开状态的盖子；
图4为用于根据本发明的装置的另一种可旋转平台的平面视图。
定义
在描述本发明以及主张本发明的权利时，将会使用根据下文列举的以下术语。还应该了解，此处所用的这些术语是只是为了对本发明的特定实施例进行阐述，而不是为了限定。除非另有说明，此处所用的所有科学和技术词汇与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的意思相同。
除非上下文中明显另有规定，否则在整个发明内容和权利要求书中，单词“包括”、“含有”和其它类似的词语被理解为“包含”的意思，而不是独占的或穷尽的意思；也就是说，意思是“包括，但不限于”。
除了在操作实施例中，或者是另外指明的地方除外，此处所有举例中所用的表达“成分数量”或“反应条件”的所有数字在一切情况下被理解为以词语“大约”进行修饰。这些实施例的目的不是为了限制本发明的保护范围。接下来，或者是在另外指明的地方除外，百分号“％”的意思是“重量百分比(wt％)”，“比值”的意思是“重量比”，“份”的意思是“重量份”。
除非另有指明，此处所用的词语“主要地”和“基本上”意思是重量百分比超过50％。
使用端点来列举数值范围，包括该范围之内的所有数值(例如1-5，包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等)。
术语“优选的”和“优选地”指的是本发明的实施例在特定情况下可以带来特定的益处。但是，在相同的或其它情况下，其它实施例也可以成为优选的实施例。而且，列举一个或多个优选的实施例并不是意味着其它实施例毫无用处，其目的也不是要将其它实施例排除到本发明的保护范围之外。
具体实施方式
现在将结合以下实施例对本发明进行阐述，这些实施例从各方面看来都应该被视为是例证性的和非限定性的。
图1示出了了根据本发明的热循环仪装置1的侧视图。装置1包括用于以用户设定的速度旋转可旋转平台3的驱动电机2。可旋转平台3配置为环形排列，并且适于在反应孔5中容纳多个塑料或玻璃反应容器4。根据需要，可旋转平台任选地以可拆卸的方式连接到工作台20，而工作台20与驱动电机2连接在一起。围绕可旋转平台3的是用于同时加热整个可旋转平台3的感应线圈6，而与可旋转平台3是否转动还是旋转速度多大无关。感应线圈6优选为环状。由于本发明的热循环仪1能以至少15℃/秒的速率加热可旋转平台3，优选25℃/秒，因此热循环仪是“高速的”。通过感应加热，本发明的装置提供了快速的能量转移。
对上述构造最好的描述就是变压器，其中固定的感应线圈6为变压器的初级线圈，而可旋转平台3为变压器的次级线圈，次级线圈是高效单匝短路匝。优选地，感应线圈6还包括位于其上和其下的铁氧体材料(未示出)，以便更好地将磁通量导向可旋转平台3。
利用电感耦合，用于产生射频(RF)能量(频率范围为35-45kHz或50-60kHz)以对与反应孔5和可旋转平台3热接触的反应容器4进行加热的电路与美国专利US6,046,442中的电路非常类似，该美国专利的全部内容在此通过引用结合于本说明书内。但是，应该了解也可以使用其它类型的电路构造。
在图1所示的实施例中，温度传感器(未示出)嵌入在可旋转平台3中，用于在热感应阶段直接监测可旋转平台3的温度。通过远红外连接(未示出)，这些温度数据传输到热循环仪装置1的壳体内的固定电子元件(未示出)。可以推算出反应容器4的热模型，从而实时地精确测定容器4内部的温度。在一个非限定性实施例中，热模型为将反应温度与可旋转平台3的温度相关联的一阶模型或二阶模型。模型的常数可以根据可旋转平台是正在被加热还是正在被冷却而有所变动。应该了解，其它的数学模型也可以用于将反应温度与可旋转平台3的温度相关联。
热循环仪装置1还可以配置为具有高速通风机7，用来将以环境空气形式存在的冷却液高速导入装有可旋转平台3的装置1。环境空气进入装置1之前可以预先进行冷却，以便更迅速地降低反应容器4内试剂的温度。
热循环仪装置1可以进一步配置光学检测模块10，用于监测反应容器4内发生的反应的进程。旋转平台3以便使反应容器4经过检测区，同时以足够的速率旋转平台3，从而使每个的反应容器4可以被分别监测。
应该了解，由于初级线圈基本包围可旋转平台3，进而初级线圈产生的磁通量可对整个可旋转平台3进行同时加热，因此如本文中所示的热循环仪装置1无需旋转来对可旋转平台3进行感应加热。可旋转平台3旋转的目的是为了检测反应容器4内反应的过程，而且由于只有单个光学检测模块10，因此反应容器内的每个样品必须进行旋转来经过检测光学信号的那个点。可旋转平台3也可以进行旋转以便不停移动平台上的液体，也是为了启动、暂停或终止一个化学反应。
图1中所示的可旋转平台3包括配置为环形阵列的一系列反应孔5，还包括连接到可旋转平台3的环形圈。圈由绝热材料制成，从而使被加热/被冷却的部件仅仅是可旋转平台3、反应孔5和反应容器4。优选地，被加热/被冷却的总重量保持在最低水平，从而使加热/冷却的速率增加到最大限度。
图2为适用于图1的装置1的可旋转平台3的透视图。平台3由铝制成，并且配置为可容纳48个反应容器4。然而，应该了解，平台3还可配置为容纳少于或多于48个反应容器。每个反应容器5都为套筒的形式，与水平面呈约80度角，并且在套筒的基底部具有开孔，用来利用光学检测设备10光学监测容纳于套筒内的反应容器4中发生的反应。反应容器4的构建材料选择为对光学检测设备10运行时所用的光波波长光学透明的材料。套筒可与水平面呈低至30度到高达90度的任意角度。
图3为根据图1装置的透视图，展示了为了使用可旋转平台3而处于打开状态的热循环仪装置1的盖子。本发明的装置1还包括基于PC的数据采集和控制系统(未示出)，其中用户可选择预设的温度循环程序和旋转速率等。
图4为用于本发明的装置1的另一种样品盘21的平面视图。在一个实施例中，样品盘21由塑料材料制成，并且该材料对于光学检测仪器10运行时所用的光波波长是光学透明的。样品盘21的直径约为130mm、厚度约为1mm，实际上是一个板。样品盘包括径向内加样孔15和径向外反应孔16，它们之间通过狭窄通道17连接。反应孔16的直径约为6mm，并可通过加样孔15在离心力作用下进行加样。应该了解，可将第一种试剂加入到径向内加样孔15，并将第二种试剂加入的径向外反应孔16，然后通过离心，使第一种试剂与第二种试剂接触。在另一个实施例中，样品盘21中的至少一部分是由响应于暴露至电磁能而被感应加热的材料形成的。
在图4所示的实施例中，扁平可旋转样品盘21盘夹置在一对扁平铝盘(未示出)，这对铝盘优选为重量相同。底盘固定在装置内并且可以旋转，而顶盘是可移动的，从而允许用户使用孔15和16。固定盘具有安装于其内的旋转热传感器，用来精确测定固定盘的温度。可移动顶盘的质量与固定盘的质量相同，以使顶盘吸收与固定盘相同的感应能。通过控制感应线圈6的能量输出，反应孔16内的实际液体温度可进行建模并精确控制。通过具有顶盘和下部的固定盘，样品盘21可以从顶面和底面同时进行加热，从而与图2所示的实施例比较，样品升温速率更快。但是，该单元只依靠由铝制成的下部的固定盘和选择塑料材料制成的顶盘也能运行，只是升温速率会稍微慢一些。在这个实施例中，可旋转平台3是下部铝盘和样品盘21的组合，或者如果形成有样品盘21，则样品盘21中的至少一部分可响应于暴露于电磁能而可被加热的材料形成。
在其它实施例中，可旋转平台3是由塑料材料或玻璃制成的，并且反应孔5涂布有感受器，或者可旋转平台3是由塑料材料制成的，并且反应容器4也由塑料材料制成并涂布有感受器。在进一步的实施例中，可旋转平台3由塑料材料制成，并且这种塑料材料具有至少一种改善导热性能并使其进行感应加热的填充剂。在其它的实施例中，填充剂为铁磁颗粒。当置于感应场中时，使得塑料可旋转平台3可以通过磁滞损耗进行加热，从而对可旋转平台3进行直接加热。
尽管本发明已经结合具体实施例进行了阐述，本技术领域普通技术人员应该了解，本发明还可以通过许多其它方式来体现。特别是描述的各个实施例中任一个的技术特征可以以任何方式组合到描述的任一个其它的实施例中。

Claims (50)

1.一种热循环仪，包括：
可旋转平台，具有多个反应孔，其中，所述可旋转平台适于通过暴露于电磁能进行感应加热；以及
电磁能源，适于将电磁能导向所述可旋转平台，
其中，所述电磁能源包围足够量的所述可旋转平台，以便对所述平台进行几乎同时加热。
2.根据权利要求1所述的热循环仪，其中，至少一部分所述反应孔是由适于通过暴露于电磁能进行感应加热的材料形成的。
3.根据权利要求1或2所述的热循环仪，其中，所述反应孔适于容纳相应的多个反应容器。
4.根据权利要求3所述的热循环仪，其中，每个反应容器都是由适于通过暴露于电磁能进行感应加热的材料形成的。
5.根据权利要求4所述的热循环仪，其中，所述反应容器是由具有铁磁颗粒填充剂的塑料材料形成的，从而使所述容器可被感应加热。
6.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，其中，所述可旋转平台为圆形的，并且所述多个反应孔分布在所述平台的外围附近。
7.根据权利要求6所述的热循环仪，其中，所述可旋转平台包括48个、96个、192个或384个反应孔。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，其中，所述反应孔被配置成套筒的环形阵列，所述套筒适于容纳相应的反应容器。
9.根据权利要求8所述的热循环仪，其中，所述套筒与水平面呈约80度角，并且在所述套筒的基底部中具有开孔，以光学监测容纳于所述套筒内的反应容器中发生的反应。
10.根据权利要求1所述的热循环仪，其中，所述可旋转平台与适于通过暴露于电磁能进行感应加热的材料热接触。
11.根据权利要求10所述的热循环仪，其中，所述平台为直径约130mm和厚度1mm的环形盘，并且包括径向内加样孔和径向外反应孔，每个所述径向内加样孔与一个或多个径向外反应孔通过狭窄通道连接。
12.根据权利要求11所述的热循环仪，其中，所述反应孔的直径为约6mm。
13.根据权利要求12所述的热循环仪，其中，所述平台与由所述材料形成的一个或多个扁平盘热接触。
14.根据权利要求13所述的热循环仪，其中，由所述材料形成的所述一个或多个扁平盘包括顶盘和底盘，其中，所述底盘固定在热循环仪装置内并且可以旋转，而所述顶盘是可移动的，从而允许用户使用加样孔和反应孔。
15.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，其中，所述材料选自：钢、碳、锡、钨、铝、铜、金、黄铜、钴铁、镍铁导磁合金、电工钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体(镍锌)、碳素钢、镍和它们的组合。
16.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，其中，所述平台和/或所述反应孔包括具有足够热导率的材料，从而使得在加热或冷却所述平台的过程中，所述平台的各处的温度分布均匀。
17.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，其中，所述电磁能源是电感器。
18.根据权利要求17所述的热循环仪，其中，所述电感器围绕超过所述可旋转平台的整个圆周的约45％、55％、65％、75％、85％或95％。
19.根据权利要求17所述的热循环仪，其中，所述电感器呈环状，并且完全围绕所述可旋转平台。
20.根据权利要求17所述的热循环仪，其中，所述电感器配置为两部分或更多部分，并且围绕着超过所述可旋转平台的整个圆周的约45％、55％、65％、75％、85％或95％。
21.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，其中，电磁辐射的传递频率介于5kHz至100kHz之间。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的热循环仪，其中，所述电感器配置为在加热阶段期间传递连续的能量，或者传递相同持续时间或不同持续时间的能量脉冲。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的热循环仪，其中，所述电感器为变压器中的初级线圈，而所述可旋转平台为次级线圈，所述次级线圈是单匝短路匝。
24.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，其中，所述热循环仪配置为当所述平台达到所需温度时，使所述平台的各处的温度差异低于1％。
25.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，其中，当所述平台达到所需温度时，所述平台的任意两部分之间的温度差异，或者反应孔或反应容器内容纳的试剂内的温度差异均低于1℃。
26.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，其中，所述平台以大于15℃/秒的速率可被感应加热。
27.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，还包括与所述可旋转平台热接触的热电偶或热阻器，以直接测量所述可旋转平台和/或所述反应孔的温度。
28.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，还包括适于围绕旋转轴旋转所述可旋转平台的驱动系统，以及以预设的、可控的和用户可选的旋转速度旋转所述可旋转平台的控制单元。
29.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，还包括光学检测单元，所述光学检测单元用于从在反应孔/容器中发生的反应检测光学信号，从而监测反应进程。
30.根据权利要求29所述的热循环仪，其中，所述反应容器的构建材料选择为对光学检测仪器运行时所用的光波波长光学透明的材料。
31.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，还包括适于利用冷却液冷却所述平台的冷却单元。
32.根据权利要求31所述的热循环仪，其中，所述冷却液为温度为5℃的冷却空气。
33.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，还包括选自发射可见光或IR光的激光器的点加热源，或者微波源。
34.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，还包括监测设备，所述监测设备用于评估所述反应孔或反应容器中发生的反应的进程。
35.根据权利要求34所述的热循环仪，其中，所述监测设备为荧光检测器、分光光度计或光度计。
36.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪，其中，所述可旋转平台固定地安装在装置内。
37.根据权利要求3至9中任一项所述的热循环仪，其中，所述反应容器适于容纳的液体体积介于50μL至1000μL之间。
38.根据权利要求37所述的热循环仪，其中，所述反应孔和所述反应容器配置为使所述反应容器的最大液面高度与所述反应孔的上表面一致。
39.根据前述权利要求中任一项所述的热循环仪在进行核酸扩增反应中的应用，所述核酸扩增反应选自聚合酶链反应(PCR)和连接酶链反应(LCR)。
40.一种在预设的温度之间对反应混合物进行循环的方法，所述方法包括以下步骤：
提供根据权利要求1至38中任一项所述的热循环仪，
在一个或多个所述反应孔中提供所述反应混合物，然后进行下列循环：
开动所述电感器以加热所述反应孔，从而将所述反应混合物加热至第一预设温度，以及
使所述可旋转平台与冷却液接触，以将所述反应混合物冷却至第二预设温度，所述第二预设温度与第一预设温度不同，从而对所述反应混合物进行热循环。
41.根据权利要求40所述的方法，包括在反应容器中提供所述反应混合物的步骤，所述反应容器容纳于所述反应孔内。
42.根据权利要求40或41所述的方法，还包括利用检测设备监测所述反应混合物的步骤。
43.根据权利要求40至42中任一项所述的方法，还包括在每次加热循环之后，充分提高所述平台的所述旋转速度，从而使所述反应容器的上部中的任何凝聚物都在离心力作用下朝向所述反应容器的基底部沉降的步骤。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述旋转速度介于1500rpm至3000rpm之间。
45.根据权利要求40至44中任一项所述的方法，其中，所述反应混合物包括适用于聚合酶链反应或连接酶链反应的试剂。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述热循环足以使下面的反应发生：
(a)DNA变性成它的组分链；
(b)寡核苷酸引物退火，与DNA中的互补序列配对；以及
(c)新DNA链的合成。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，重复步骤(a)至步骤(c)，直至获得所需的扩增水平。
48.根据权利要求46或47所述的方法，其中，所述DNA变性反应的温度在约90至95℃之间变化，退火引物的温度介于40至60℃之间以与变性的DNA配对，以及在聚合酶作用下退火引物延伸的温度介于约70至75℃之间。
49.根据权利要求40至48中任一项所述的方法，还包括对所述反应孔/反应容器中的所述反应混合物进行分析时，以500RPM至1000RPM之间的速度旋转所述平台的步骤。
50.根据权利要求40至49中任一项所述的方法，其中，实施所述方法的过程中，进行下面的一个或多个步骤：开动所述电感器、关掉或脉冲调节所述电感器、提高所述可旋转平台的转速、降低所述可旋转平台的转速、保持所述可旋转平台的转速恒定、调低所述平台的转速至零或接近零、允许冷却气体进入以冷却所述平台、调低所述冷却气体的流速至零、将所述平台的温度控制为预设温度、将所述平台的温度从一个预设温度改变到另一预设温度(从较冷的温度改变至较热的温度，反之亦然)。
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