CN107923871B

CN107923871B - 装有阀的盒和系统

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Publication number: CN107923871B
Application number: CN201680048099.XA
Authority: CN
Inventors: 菲利普·贾斯特斯·万德利; 忠洙·查尔斯·朴; 大卫·金; 丹尼斯·莱赫托
Original assignee: Integenx Inc
Current assignee: Integenx Inc
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2036-06-15
Also published as: US20200362409A1; US20160367981A1; US20230392203A1; EP3338081A1; WO2016205428A1; US11649496B2; EP3524973A1; US10233491B2; EP3338081A4; US10767225B2; EP3524973B1; US20190233888A1; CN107923871A

Abstract

本公开尤其提供了一种盒，其包括：(a)盒主体，其包括可延展材料并且具有布置在主体的表面上的至少一个阀主体，至少一个阀主体包括阀入口和阀出口，阀入口和阀出口每个都流体地连接到流体通道；和(b)包括可变形材料的层，该层结合到盒主体的表面并且在附接点处密封至少一个阀主体，从而形成至少一个阀；其中至少一个阀主体相对于附接点在盒主体中凹陷，并且其中覆盖至少一个阀主体的可变形材料在变形之后保持足够的弹性使得在基态下阀是打开的。还公开了一种包括仪器，其包括盒接口和与该盒接口接合的如本文所述的盒。

Description

装有阀的盒和系统

关于联邦政府资助研究的声明

无。

相关申请的引用

本申请要求2016年6月6日提交的第15/173,894号美国专利申请、2015年9月28日提交的62/233,852号美国临时专利申请和2015年6月19日提交的62/182,291号美国临时专利申请的优先权，以上每个专利申请通过引用以其整体并入本文。

发明背景

包括样品盒及用于样品提取和分析的流体系统的各种版本的系统在以下专利中被描述：例如，美国专利6,190,616；6,551,839；6,870,185；7,244,961；8,394,642和8,431,340；美国专利申请2006/0073484；2009/0253181；2011/0039303；2011/0126911；2012/0181460；2013/0139895和2013/0115607；以及国际专利申请PCT/US2013/130910和PCT/EP2012/001413。

美国专利公布2003/0197139涉及用于微流体结构的阀。

美国专利公布2009/0314970涉及机械驱动的微流体夹管阀。

美国专利公布2013/0240140涉及用于生产微流体装置和相关层压设备的工艺。

国际公布WO2012/136333涉及用于给塑料聚合物反应管贴标签的可热焊接的薄膜。

美国专利6,883,774涉及微型阀以及形成微型阀的方法。

美国专利7,318,912涉及用于组合离散流体体积的微流体系统和方法。

美国专利8,313,941涉及采用可编程触觉致动器的集成微流体控制。

美国专利8,501,305涉及层压物。

背景技术中的陈述不一定意味着赞同所引用的参考文献中的特性或承认其作为现有技术的可用性。

发明简要概述

在一个方面，本文公开了一种流体设备，包括：(a)基底，其包括可延展材料并且具有布置在主体的表面上的至少一个阀主体，至少一个阀主体包括阀入口和阀出口，阀入口和阀出口每个都流体地连接到流体通道；和(b)包括可变形材料的层，该层结合到基底的表面并且在附接点处密封至少一个阀主体，从而形成至少一个阀；其中至少一个阀主体相对于附接点在基底中凹陷，并且其中覆盖至少一个阀主体的可变形材料在变形之后保持足够的弹性使得在基态下阀是打开的。在一个实施方案中，流体设备是微流体芯片。

在另一个方面，本文提供了一种盒，包括：(a)盒主体，其包括可延展材料并且具有布置在主体的表面上的至少一个阀主体，至少一个阀主体包括阀入口和阀出口，阀入口和阀出口每个都流体地连接到流体通道；和(b)包括可变形材料的层，该层结合到盒主体的表面并且在附接点处密封至少一个阀主体，从而形成至少一个阀；其中至少一个阀主体相对于附接点在盒主体中凹陷，并且其中覆盖至少一个阀主体的可变形材料在变形之后保持足够的弹性使得在基态下阀是打开的。在一个实施方案中，可延展材料由于初始阀关闭而经历了塑性变形。在另一个实施方案中，至少一个阀主体是多个阀主体。在另一个实施方案中，附接点包括升高到表面上方的脊。在另一个实施方案中，阀入口和阀出口与流体通道流体连接。在另一个实施方案中，可延展材料包括塑料、蜡或软金属。在另一个实施方案中，可延展材料包括热塑性塑料、热固性塑料、单组分树脂或多组分树脂。在另一个实施方案中，可延展材料包括聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚酰胺、乙烯树脂、聚(氯乙烯)(PVC)、聚碳酸酯、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)或其任何组合。在另一个实施方案中，可变形材料包括Santoprene TPE(热塑性弹性体)，例如Santoprene、EPDM橡胶和聚丙烯的共混物。在另一个实施方案中，可变形材料具有在10邵氏D至80邵氏D之间的硬度计值。在另一个实施方案中，可变形材料包括热密封材料。在另一实施方案中，可变形材料层的覆盖阀座的部分不包括弹性体材料，例如不是PDMS。在另一个实施方案中，可变形材料层具有比可延展材料高的屈服强度。在另一个实施方案中，可变形材料通过粘合剂附接到主体。在另一个实施方案中，可变形材料被焊接到主体。在另一个实施方案中，可变形材料包括选自以下项的材料：聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚酯薄膜(mylar)、聚醋酸酯(polyacetate)和金属。在另一个实施方案中，盒包括至少一个流体回路，其中至少一个流体回路包括作为元件的至少一个阀、至少一个流体入口、至少一个流体出口和至少一个隔室，这些元件通过流体通道流体连接。在另一个实施方案中，至少一个隔室选自以下项：试剂隔室、样品隔室、混合隔室、反应隔室和废物隔室。在另一个实施方案中，至少一个流体入口或流体出口包括穿过盒主体的通孔(via)。在另一个实施方案中，至少一个隔室是配置为接受拭子的样品隔室。在另一个实施方案中，至少一个隔室是混合室，该混合室被配置为用于通过混合室使空气鼓泡。在另一个实施方案中，至少一个隔室是反应室，反应室包括用于保持来自样品的分析物的固体基底，例如，固相提取材料。在另一个实施方案中，固体基底包含结合核酸的材料。在另一个实施方案中，固体基底包括瓦特曼纸(Whatman paper)、羧化颗粒、海绵状材料、聚合物膜、磁性可吸引颗粒或玻璃颗粒。在另一个实施方案中，固体基底结合预定量的材料。在另一个实施方案中，至少一个流体回路包括泵，该泵配置成为表面中的凹陷部(depression)。在另一个实施方案中，至少一个隔室是反应室，反应室包括一个或更多个导热壁并被配置用于热循环。在另一个实施方案中，至少一个隔室是废物隔室。在另一个实施方案中，废物隔室包括降解核酸的材料。在另一个实施方案中，降解核酸的材料包括次氯酸盐。在另一个实施方案中，主体还包括包含试剂的至少一个试剂隔室，其中隔室包括可打开的密封件，该可打开的密封件在被打开时使隔室与表面上的流体通道通过通孔流体连通。在另一个实施方案中，可变形层保持足够的弹性以当多达约10psi的负压力(例如，吸力)施加在与所述阀连通的流体通道上时足以抵抗阀关闭。在另一个实施方案中，阀主体和被配置为关闭阀的撞杆(ram)具有这样的形状，使得阀的关闭产生压力，该压力例如当撞杆的压力是单向时横跨阀横截面的所有区域与阀主体的表面垂直。在另一个实施方案中，阀主体比阀主体所连接的通道宽。在另一个实施方案中，盒主体还包括一个或更多个试剂隔室，该一个或更多个试剂隔室包括足以执行PCR的试剂，该试剂包括核酸引物、核苷酸和DNA聚合酶。在另一个实施方案中，试剂是足够的以在STR基因座上进行多重PCR。在另一个实施方案中，盒还包括包含过滤器(例如尺寸排除过滤器)的室。在另一个实施方案中，室中的一个被配置作为裂解室，裂解室配置为接受生物样品，室中的一个被配置作为混合室，该混合室被配置为当液体被容纳在混合室中时使空气鼓泡，并且室中的一个被配置作为反应室，该反应室包括一个或更多个导热壁并配置用于热循环。在另一个实施方案中，盒还包括至少一个试剂隔室，该至少一个试剂隔室包含用于进行PCR的试剂(例如，PCR引物、核苷酸和DNA聚合酶)，其中至少一个试剂室包括可打开的密封件，可打开的密封件当被打开时将试剂室与反应室流体连通。在另一个实施方案中，至少一个试剂室包含选择用于扩增多个STR基因座的PCR引物。在另一个实施方案中，室中的一个被配置作为裂解室，裂解室被配置为接受生物样品，室中的一个被配置作为分离室，该分离室被配置为接收磁性响应的捕获颗粒并且当磁力施加到分离室时固定所述颗粒，并且室中的一个被配置作为反应室，该反应室包括一个或更多个导热壁并配置用于热循环。在另一个实施方案中，盒还包含至少两组试剂隔室，其中第一组试剂隔室包含用于进行PCR的试剂，且其中第二组试剂隔室包含用于进行循环测序的试剂，其中每个试剂隔室包含可打开的密封件，可打开的密封件当被打开时使试剂隔室与反应室流体连通。在另一个实施方案中，盒还包括试剂隔室，该试剂隔室包含降解PCR引物和核苷三磷酸的试剂。在另一个实施方案中，盒还包括至少两组试剂隔室，其中第一组试剂隔室和第二组试剂隔室包括用于进行PCR的试剂，并且其中每个试剂隔室包括可打开的密封件，该可打开的密封件当被打开时使试剂隔室与反应室流体连通。在另一个实施方案中，在试剂室隔室组中的一组中的PCR试剂包括用于执行适于进行人类DNA定量的试剂。在另一个实施方案中，盒包括分支流体回路，该分支流体回路包括通过流体通道连接的室并且包括公共部分和多个分支，其中公共部分包括流体入口和裂解室，并且其中每个分支包括至少一个反应室、至少一个分离室和流体出口，该至少一个反应室包括一个或更多个导热壁并被配置用于热循环，其中至少连接反应室和分离室的流体通道包括阀主体。在另一个实施方案中，公共部分包括公共的分离室。在另一个实施方案中，每个分支还包括至少一个试剂室试剂隔室，该试剂室试剂隔室包括可打开的密封件，该可打开的密封件在被打开时使试剂隔室与分支中的反应室流体连通。在另一个实施方案中，盒包含两个分支，其中第一分支包含对目标多核苷酸进行正向循环测序反应的试剂，并且第二分支包含对目标多核苷酸进行反向循环测序反应的试剂。

在另一个方面，本文提供了一种物品，包括：(a)盒主体，其包括可延展材料并且具有布置在所述主体的表面上的至少一个阀主体，所述至少一个阀主体包括阀入口和阀出口，所述阀入口和所述阀出口每个都流体地连接到流体通道；其中所述至少一个阀主体包括倾斜或弯曲的壁。在另一个实施方案中，壁被配置为在压靠阀主体的锥形撞杆头部上施加定心作用。在另一个实施方案中，至少一个阀主体是非径向地对称的(例如，在表面的XY平面的一个维度上比另一个维度长)。在另一个实施方案中，至少一个阀主体不包括从侧面包围阀主体的阀凹凸部(valve relief)。在另一个实施方案中，至少一个主体不具有平坦的底板。在另一个实施方案中，在相同深度处与相对壁的表面相切的线形成锐角。在另一个实施方案中，至少一个阀主体具有相对的倾斜壁。在另一个实施方案中，至少一个阀主体具有弯曲的壁。在另一个实施方案中，物品配置为在压靠热密封层的锥形撞杆头部上施加定心作用，该热密封层压靠阀主体。在另一个实施方案中，一个或更多个阀主体不包括从侧面包围阀主体的阀凹凸部。在另一个实施方案中，阀主体具有大于1的深度与宽度的幅形比(aspect ratio)。在另一个实施方案中，一个或更多个阀主体不包括尖角。在另一个实施方案中，一个或更多个阀主体不具有平坦的底板。在另一个实施方案中，一个或更多个阀主体具有在约0.2mm(200微米)和约2mm之间的直径。在另一个实施方案中，阀主体的幅形比(宽度：深度)在约1：1.5和1：0.1之间，例如1：1.2至1：0.7。在另一个实施方案中，在阀主体的顶部和底部之间的任何点处与阀主体的相对的壁相切地画出的线形成以下两种情况中的至少任何一种的角度：至少为30°、45°或60°中的任何一个；和至多为150°、125°或100°中的任何一个。在另一个实施方案中，阀主体具有从阀主体底部到脊(如果存在的话)顶部高度或从阀主体底部到大致由盒主体表面界定的平面的深度，该深度在50微米和200微米之间，例如，约100微米。在另一个实施方案中，至少一个阀主体的横截面具有呈现楔形、圆形、椭圆形、卵形、悬链线中的任一个的一部分的形状的壁。在另一个实施方式中，物品还包括适于接受用于引导撞杆头部的定心臂的凹凸部。

在另一个方面，本文提供了一种制造物品的方法，该方法包括：(a)提供盒主体，该盒主体包括可延展材料并且具有布置在主体的表面上的至少一个阀主体，至少一个阀主体包括阀入口和阀出口，阀入口和阀出口每个都流体地连接到流体通道；和(b)提供包含可变形材料的层；(c)将层结合到表面以在附接点处密封至少一个阀主体，由此形成至少一个阀，其中至少一个阀主体相对于附接点在盒主体中凹陷；和(d)使覆盖至少一个阀主体的可变形层变形，其中可变形层经历塑性变形并保持足够的弹性使得在基态下阀是打开的。在一个实施方案中，结合包括热密封或焊接。在另一个实施方案中，变形包括在可变形层上施加机械压力。在另一个实施方案中，使用撞杆施加机械压力。在另一个实施方案中，撞杆具有尖端，该尖端具有与偏移了可变形层的厚度的阀主体的形状大体上一致的形状。在另一个实施方案中，阀主体具有横截面形状，该横截面形状当撞杆对可变形层施加压力时在撞杆上朝向阀主体的中心施加定心作用。在另一实施方案中，撞杆包括柔性材料。在另一个实施方案中，撞杆安装在枢轴或摇臂上。在另一个实施方案中，撞杆组件包括配置为对撞杆头部进行粗定心的定心臂。在另一个实施方案中，撞杆包括安装在撞杆的端部处的可旋转轮，并且其中阀主体具有大体上与偏移了可变形层的厚度的轮一致的横截面形状。在另一个实施方案中，撞杆配置为相对于盒主体的表面横向地平移。

在另一个方面，本文提供了一种仪器，包括盒接口和与盒接口接合的盒，其中：(I)盒是本文所提供的盒；(II)盒接口包括：(A)至少一个机械致动器，每个机械致动器定位成致动阀；(B)至少一个马达，其被可操作地联接以朝向或远离阀致动机械致动器。在一个实施方案中，(I)盒包括至少一个流体回路，其中至少一个流体回路包括作为元件的至少一个阀、至少一个流体入口、至少一个流体出口和至少一个隔室，这些元件通过流体通道流体连接；并且(II)盒接口包括与流体入口接合的第一端口和与流体出口接合的第二端口，并且还包括压力源，该压力源配置为通过任一端口向流体回路施加正压力或负压力。在另一个实施方案中，压力源提供气动压力。在另一个实施方案中，(I)盒包括多个阀；和(II)盒接口包括多个机械致动器，其中每个机械致动器可以被独立地致动。在另一个实施方案中，仪器还包括至少一种试剂的源和被配置为将试剂泵入流体入口的泵。

在另一个方面，本文提供了一种控制流体盒的流体通道中的流体流动的方法，包括：(A)提供本文提供的仪器，其中流体通道中的至少一个包括液体；(B)通过使机械致动器抵着阀致动以迫使可变形层抵靠阀主体的壁来关闭阀；(C)通过使机械致动器远离阀主体缩回来释放阀；和(D)通过对流体通道中的液体施加正压力或负压力来使液体移动通过阀。

附图简述

本公开的新颖特征在所附权利要求中具体地阐述。通过参考对其中利用到本公开的原理的说明性实施方案加以阐述的以下详细描述和附图，将会获得对本公开的特征和优点的更好的理解，在附图中：

图1示出了本公开的示例性盒。

图2示出了本公开的示例性盒主体。

图3示出了具有流体回路的元件的本公开的示例性盒主体的正面。

图4示出了本公开的示例性阀主体。

图5A至图5D示出了本公开的阀的示例性构造。

图6以横截面示出了朝向阀主体定向的本公开的示例性撞杆头部，阀主体也以横截面示出。

图7示出了抵靠本公开的阀定位的撞杆头部的斜视图。撞杆安装在摇臂上以提供游动，从而当撞杆抵着阀压下时允许定心作用。

图8示出了用球阀密封的盒的试剂容器的剖视图。

图9示出了本公开的示例性阀主体。

图10以横截面示出了朝向阀主体定向的本公开的示例性撞杆头部，阀主体也以横截面示出。

图11示出了抵靠本公开的阀定位的撞杆头部的斜视图。

图12示出了在其上施加向下的力3000以关闭阀的撞杆。撞杆还具有侧向游动3010，以允许通过轮901转入阀主体中而促进的撞杆在阀主体中的定心。

图13A和图13B示出了两个示例性的阀主体。在阀主体的顶部和底部之间的中途的点处画出与阀主体的壁相切的线。由图13A的阀主体中的切线形成的角度约为60度，而由图13B的阀主体中的切线形成的角度约为130度。

图14示出了示例性阀/撞杆组合。

图15示出了凸轮阵列。

图16示出了在轴上包括撞杆的凸轮组件。

图17示出了压在阀上的撞杆的截面图。

图18示出了包含示例性电泳盒的系统的示意图。

图19示出了本公开的示例性系统。

图20示出了本公开的示例性盒接口。

图21示出了本公开的示例性盒构型。

图22示出了具有带有三个分支的回路的示例性盒构型。

图23示出了配置为执行实时PCR以用于定量样品中的DNA的量的示例性盒。

图24示意性地示出了接合电泳盒的示例性系统。

图25A和图25B是示例性电泳盒的等距视图。

图26示出了示例性电泳盒的示意图。

图27A和图27B是图19的系统的等距视图。

图28示出了样品制备中的步骤的顺序。“O”表示撞杆没有按压阀。“C”表示撞杆按压阀并将阀关闭。

图29示出了本公开的替代示例性撞杆。

发明的详细描述

I.介绍

本公开尤其提供用于诸如中流体设备或微流体设备的流体设备的阀。设备可以是适于接合盒接口的盒，盒接口操作盒内的活动。可替代地，设备可以是包括阀并且作为执行流体操作的系统的一体部分被包括的流体设备。流体设备可以包括具有其上布置有流体元件的表面的基底，并且包括覆盖流体元件的可变形材料层。例如，设备可以呈芯片或盒的形式。

盒可以包括具有布置在其中的阀主体的盒主体以及结合到盒主体的表面的柔性或半柔性层。阀被包括在盒主体和层的组合内。该阀包括通常与流体通道连通的阀入口和阀出口。通过将层压在阀主体的阀座上可以关闭阀，从而阻止流体流动通过阀。压力可以机械地施加，例如用撞杆。通过释放对层的压力可以打开阀。在某些实施方案中，阀是自开型的。在其他实施方案中，通过施加力例如迫使液体通过关闭的阀来初始地打开阀。无论在哪种情况下，一旦打开，该层具有足够的弹性以在不施加外力的情况下从阀座拉开，使得阀偏压在打开状态下。这也被称为“常开”阀或打开处于“基态(ground state)”的阀。当在通常用于在中流体或微流体设备中移动液体的压力下通过阀入口或出口施加负压(例如，真空)时，这种阀抵抗关闭。

如本文所使用的，术语“纳流体(nanofluidic)”是指具有不大于500微米的外形(aspect)的通路。如本文所用的，术语“微流体(microfluidic)”是指具有不大于1000微米的外形的通路。如本文所使用的，术语“中流体(mesofluidic)”是指具有不大于1500微米的外形的通路。如本文所使用的，术语“宏流体(macrofluidic)”是指具有大于1500微米的外形的通路。这些极限之间的范围还被设想，例如在500微米与1500微米之间，或者大于500微米。

II.流体设备

A.构型

参考图1，示例性盒100包括以可变形层102为背衬的盒主体101。在该实施方案中，主体101由注塑成型聚丙烯制成。可变形层102是热密封材料层，其为在聚乙烯背衬上包括聚丙烯层的层压物。填充有试剂的塞住的隔室在端口114、115和116上打开。

图2示出了主体101的一侧，包括端口111、112、114、115和116；和室120、121和123的壁。正压力或负压力可以通过端口112施加到流体回路以在流体回路中移动液体。

图8示出了具有端口114、115和116的示例性盒，端口114、115和116被配置作为通过通孔与流体通道连通的室。室被配置为容纳试剂并将试剂传送到流体回路。试剂传送构件在此被示出为双柱塞密封室116，该双柱塞密封室116具有第一塞801和第二塞802，在此情况下构造为球。塞801和802密封具有诸如STR主混合物的试剂(例如，预混合物、主混合物)的接收器(例如，端口116的柱或管)。向第一塞球801施加力(诸如，例如在柱塞或注射器的帮助下)促使第二塞球802从通孔移动离开，从而形成供试剂进入通道131和134的流动路径。

图3示出了示例性主体101的流体侧。盒的流体元件可以在基底上形成，该基底具有大体上平坦的并且界定平面的表面。流体回路的各种元件通过本领域技术人员已知的方法，例如注塑成型、热压印、激光切割和3D打印在基底的表面中形成。元件可以例如作为通道、坑或室或阀座布置在表面的平面下方。其他元件，例如脊，可以突出于表面的平面上方。

盒主体101可以包括可闭合的帽164以关闭样品/裂解室1120。

形成于盒主体中的坑创建出室120、121、122、123和130。盒可以包括至少一个流体回路，该至少一个流体回路包括作为元件的至少一个流体入口、至少一个流体出口、至少一个阀和至少一个隔室，这些元件通过流体通道流体连接。诸如通道、室和阀主体的流体元件通常在主体表面中包括凹陷部。通孔(从盒主体的一侧到另一侧的通路)有别于凹陷部，凹陷部形成于主体中而不穿通主体。入口和出口可以作为在盒的流体侧的边缘处的通孔或开口形成，例如作为通道的末端形成，例如作为进入隔室(诸如样品室)的通道的末端形成。

盒主体101可以包括样品/裂解室120。样品/裂解室120被配置为接受拭子、穿孔器(punch)或其他取样类型。该隔室也可以用作裂解室。为了适应拭子、穿孔器或其他取样类型，该隔室可具有例如10μL至15mL，例如250μL至1mL范围内的体积。在该室中，细胞被裂解，并且诸如DNA、RNA或蛋白质的分析物可以从拭子、穿孔器或其他取样类型中提取出。

盒101可以包括试剂室(例如，114、115和116)，这些试剂室分别填充有例如核酸尺寸标准物(已知尺寸的分子)、PCR主混合物和PCR引物并且用例如用作球阀的封闭件的球(801、802)密封。当打开时，试剂室与样品盒101中的流体通道流体连通，例如通过端口152(泳道内标)、153和154(PCR主混合物和PCR引物混合物)。活塞可以致动球阀，推动流体通过端口并进入与这些端口连接的通道中。样品盒101还可以包括入口端口112和输出端口113。在与盒接口接合时，入口端口112和出口端口113各自接合流体管线。连接到入口端口112的流体管线可以附接到压力源，例如注射器，以经由入口端口向流体通道施加正压力或负压力，进而将液体诸如裂解缓冲液、水或空气输送到盒中或从盒中输送出。连接到输出端口113的流体管线可以将来自盒的分析物引导到用于分析物分析的子系统。

示例性盒101包括泵184。泵184(例如，空气泵)被构造为由盒主体的壁界定的室。泵184流体连接至盒主体中的至少一个流体通道。泵的壁至少部分地包括盒主体的可延展材料。因此，壁可以例如通过机械力、室中增加的压力而变形，以泵送与泵流体连通的流体通道中的液体或空气。泵184可以使用柱塞或活塞来致动，该柱塞或活塞压下泵184的壁并且迫使例如来自泵主体的空气通过与泵所连接的流体通道。泵184可以用来从流体通道中清除流体。例如，在该实施方案中，从端口152引入到反应室122的试剂可以在通道131中留下死体积(dead volume)。泵184可以用于将该死体积的试剂泵送到反应室122中。

在一些实施方案中，盒包括过滤器以从生物样品(诸如细胞裂解物)中过滤出液体。一个这样的实施方案在图3中示出。示例性盒包括过滤室130，过滤室130包括在裂解室120和反应室122之间且通常在样品室和第一阀(例如146)之间的流动路径中的过滤器。过滤器可以是具有不大于100微米、50微米、25微米、10微米或5微米中的任何一个的孔隙的尺寸排除过滤器。过滤器可以是例如混合纤维素酯，诸如Millipore^TM膜过滤器。这种过滤器对于捕获可能阻塞流动路径中的阀或室的颗粒可以是有用的。在另一个实施方案中，过滤器被包括在裂解室的出口周围。

室121用作混合室。混合室可以具有锥形形状，使得在朝向重力的一侧从通道传送来的空气鼓出朝向背离重力的一侧的空气。

室122用作反应室。例如，该室可以进行温度调节以执行PCR。反应室可以用来捕获DNA或容纳少量裂解物用于直接扩增。反应室也可以用于清理和扩增。为了使热循环的持续时间和所需的能量的量最小化，该室应当具有最小的体积，可能范围从2μl到25μl，但是其他构型是可行的。

在一个实施方案中，本公开的流体设备包括反应室，反应室包括用于保持来自样品的分析物的固体基底，例如，固相提取材料186。固体基底可以包括结合分析物(如诸如DNA的核酸)的材料。室中的固体基底的量可以被选择以保持预定量的分析物。例如，该材料可以是瓦特曼纸或羧化颗粒。可替代地，固体基底可以是吸收预定体积的流体的吸收剂或海绵状材料。材料可以呈整体的形式。材料可以是例如PVDF(聚偏氟乙稀)或其它膜、滤纸、玻璃纤维过滤器、磁性可吸引颗粒、色谱介质、固相提取材料或玻璃颗粒。在操作中，裂解物被泵送通过该室，并且预定量的分析物保持在固体基底上。然后，将保持的材料与试剂(例如用于PCR的试剂)接触。所得到的材料可以被培养以形成反应产物。例如，室可以与诸如珀尔帖(Peltier)的热控制设备热接触，并且反应混合物可以被热循环。在另一个实施方案中，室可以包括设计成保持定义体积的液体的腔穴或容器。在另一个实施方案中，室可以具有保持所需分析物的表面涂层，例如捕获表位的抗体或捕获目标核酸的单链核苷酸。在另一个实施方案中，室可以具有将保持所需体积的液体的涂层，例如PEG。

室123起废物室的作用。废物室可以容纳降解核酸、多肽或其他分析物的材料185。例如，材料可以包括诸如次氯酸钙的氯化材料。在另一个实施方案中，材料可以包括诸如DNA酶、RNA酶、蛋白酶等的酶活性。可替代地，废物室可以包括吸收含有废物的液体的吸收材料。在另一个实施方案中，核酸降解材料包含在水溶性胶囊中。在又一个实施方案中，核酸降解材料与诸如纤维素或聚丙烯纤维的吸收性材料组合。

这些功能元件通过流体通道(例如，通道130、131、132、133和134)流体连接。沿着通道的液体流动通过阀来调节。阀包括形成在盒主体中的阀主体和可变形层的覆盖阀主体的部分，可变形层的覆盖阀主体的部分可以变形到阀主体中，从而阻止在流体通道中的流动。阀主体在图3中被示出在各个位置，例如141至149。更具体地，这些阀包括排出阀141、废物排出阀142、产物顶部阀143、产物底部阀145、裂解阀146、裂解转移阀147、循环仪入口阀148、循环仪出口阀149、产物离开阀144。

盒主体101包括以下阀主体：141循环仪出口(A0)、142裂解(A1)、143废物阻断(A3)、144废物进入(A4)、145循环仪入口(B0)、146裂解转移(B1)、147产物底部(B2)、148产物顶部(B3)和150通气口(B4)。

该阀构造成使得在初始关闭和移除关闭力之后，阀被偏压打开(例如“常开”)。这个特性取决于阀几何形状和可变形层的性能。通常，可变形层在阀的底部或底板上方的位置处附接到阀主体。在该构型中，在阀关闭时经历弹性变形而非塑性变形的可变形材料将返回到在变形力被释放之后使阀打开的位置。在典型的微尺度或中尺度范围内的流体设备的情形下，对于诸如PDMS的弹性体材料可能是这种情况。然而，在盒的一些实施方案中用作可变形材料的诸如热密封件的材料被预期在变形到关闭的阀位置时经历弹性变形和塑性变形两者。在这种情况下，阀的几何形状可以被选择，使得在阀闭合时变形之后，材料保持足够的弹性，使得在关闭阀的压力释放之后，可变形材料返回到使阀偏压打开的形状。

图4是阀主体例如元件141的详细视图。流体通道133包括凸起的脊151和152。这些脊凸起到盒主体101的流体侧的大致平坦的表面103的平面上方(即，远离主体)。通道133的沟槽154在流体侧的表面103中形成凹进的通道，即布置在表面103的平面下方(即，进入到主体内)。在某些实施方案中，阀主体不具有从侧面包围通道壁的阀凹凸部(valverelief)。附接有可变形材料的阀，例如在图5A至图5D中示出。

在另一个实施方案中，表面103可以包括位于阀主体附近的坑。这种坑可以用作销的引导件，以便在将撞杆头部压入阀主体之前提供对撞杆头部的粗对齐。

用于盒主体和可变形层的材料被选择，该材料可以通过由正压力源(例如，机械撞杆)施加的压力而变形。典型地，可变形层具有在压力下伸展的能力，并且阀主体具有在压力下压缩或流动的能力。以这种方式，集中的压力可以被施加在阀上，足以压缩阀主体的部分而不会使可变形层破裂(例如，开裂或刺穿)。用于盒主体和可变形层的材料的组合包括：例如，聚丙烯和热密封件、聚乙烯和激光焊接聚乙烯以及用构图粘合剂(patternedadhesive)结合的聚四氟乙烯和铝箔。

为了使可变形层抵着阀座初始地关闭，撞杆在适当位置对可变形层施加适当的压力。在某些实施方案中，阀主体具有朝向形成阀主体阀座的凹陷部的底部逐渐变窄的横截面。

几个因素可以在构造阀的过程中被考虑。在某些实施方案中，关于横截面的幅形比(宽度：深度)，阀主体具有足够的深度，使得阀主体的底部比可延展层的附接点更深地布置在阀主体中。事实上，可变形层可以附接在位于盒主体表面平面上方的脊上的一点处。在这种构型中，热密封件的可变形层将在初始压下时经历弹性变形和塑性变形，但保持足够的弹性以至少部分地返回到其原始形状，以在阀中留下孔口。因此，处于基态的阀通常被打开或偏压向打开。在该构型中，孔口足够大以允许通过其中的液体样品中的颗粒材料通过。

在其它实施方案中，阀被构造成使得当负压力(例如，吸力)施加在与阀连通的流体通道上时，可变形层保持足够的弹性以阻止阀关闭。例如，阀可以在施加高达约10psi的负压力时阻止关闭。

阀主体的幅形比(宽度：深度)可以在约1：1.5和约1：0.1之间，例如约1：1.2至约1：0.7。

本公开的设备的阀主体通常具有在约0.2mm(200微米)和约2mm之间的直径。

在某些实施方案中，阀主体不是如此窄的(也就是说，不具有如此小的幅形比(宽度：深度))，以至于当通过机械撞杆压靠在阀主体上时，可变形层破裂(例如，撕裂或被刺穿)。适当的深度可以由普通技术人员部分地根据可变形层的柔韧性来确定。

在另一个实施方案中，阀主体具有壁，该壁具有一构型以对压靠在阀主体上的可变形层上的撞杆提供定心作用。在横截面中撞杆可以是相对于阀主体的中心线偏心的。如果阀的尺寸足够小使得撞杆头部相对于阀主体偏心的公差很小，则该构型可以是有用的。

在一个方面，在阀主体的顶部和底部之间的任何点处与阀主体的相对壁的水平点相切所作出的线形成在至少30°、至少45°或至少60°中的任一个与至多150°、至多125°或至多100°中任一个之间的角度。

阀主体可以具有从阀主体底部到脊(如果存在的话)顶部高度或从阀主体底部到大致由盒主体表面界定的平面的深度，该深度在50微米和200微米之间，例如，约100微米。

许多阀几何形状与使用热密封件作为可变形材料相一致。在一个实施方案中，阀主体的直径随着深度的增加而减小。然而，阀的幅形比不应该太窄，以至于阀的关闭导致可变形材料的失效，例如穿孔或撕裂。在另一个实施方案中，阀主体和撞杆具有这样的形状，使得阀的关闭产生与阀主体的横跨阀截面的所有区域的表面垂直的压力。在一些实施方案中，当撞杆压力是单向的，例如仅在竖直方向上或者垂直于由其中布置有阀的盒主体的表面界定的平面时，该垂直压力被施加。

在这些参数内，阀主体的横截面可以采取各种形状。在一个实施方案中，横截面大体上是楔形的(例如，在底部具有弯曲半径的三角形，例如在端部具有钝的而不尖锐的点)。在另一个实施方案中，横截面采用大体上为悬链线或抛物线的形状。在另一个实施方案中，横截面大体上是圆形的。如果阀的横截面具有圆的绳索的形状，则绳索的夹角可以在约30°和60°之间。

在示例性流体设备中，主体可以包括聚合物，例如该聚合物是聚碳酸酯、烯烃共聚物(COC)(例如，Zeonor)、环烯烃共聚物(COP)、丙烯酸、液晶聚合物、聚甲基甲氧基丙烯酸酯(PMMA)、聚苯乙烯、聚丙烯或聚硫醇。可变形层可以包括诸如PDMS的硅氧烷。可变形层可通过使主体表面包覆有羟基基团并通过氧化物基团结合可变形层而结合到主体上。在一个实施方案中，聚合物主体被涂覆有氧化物，例如金属氧化物(例如，氧化铝或氧化钛)或者半导体氧化物(例如，氧化硅或氧化锗)。这样的结合在例如美国专利8,584,703中进行了描述。

B.材料

1.盒主体

主体可以具有包括诸如通道、隔室、通孔和阀座的流体回路元件的外表面。主体可以通过热塑性塑料的注塑成型、3D打印或本领域技术人员熟知的其它方法来制造。这些特征可以用附接到盒主体的表面的可变形材料层覆盖。该层可用于密封诸如通道和隔室的其它敞开的特征。可变形材料层可以变形以接触阀座，从而关闭阀。

可以使用选择性结合工艺将材料附接到主体的表面，其中材料在结合工艺期间结合到表面的选定部分，并且在结合工艺完成之后不结合到回路的未选择的部分。例如，材料可以在结合工艺期间结合到除流体元件之外的表面，并且在结合工艺之后不结合到诸如通道底板、室壁和阀座的流体元件。用于选择性结合的方法包括例如热结合(例如，热密封、焊接、激光焊接)、化学结合(例如，氧化物与PDMS的化学结合、蒸汽结合)和选择性放置的粘合剂(粘合剂结合)。在某些实施方案中，结合不是热结合和/或不是化学结合和/或不是粘合剂结合。

在一个实施方案中，可变形材料层通过热结合附接到盒主体的表面。这可以包括将材料直接热结合到表面，或者通过中间材料层来热结合材料。在后一种情况下，材料可以是层压物，其中可变形材料涂覆有材料层，该材料层接触表面并且在比可变形材料更低的温度下熔化。在任一情况下，结合通常包括使可变形材料层接触主体以形成组合，并使用模具对组合施加热和压力。热和压力的施加使基底在材料和主体接触的位置处熔化，并且例如通过聚结使基底熔合。这个过程更一般地被称为焊接。

至少盒主体的阀主体可以包括可延展材料，即能够塑性变形的材料。材料变形后不会恢复到其原始形状。在某些实施方案中，可延展材料是塑料、蜡或软金属(例如，铅)。塑料可以是例如热塑性塑料、热固性塑料、单组分树脂或多组分树脂。在一个实施方案中，盒可以包括注塑成型的主体(例如，热塑性塑料)和结合到主体的可变形层。热塑性塑料可以包括本领域技术人员熟知的任何热塑性塑料，诸如聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚酰胺、乙烯树脂(vinyl)、聚(氯乙烯)(PVC)、聚碳酸酯、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、环烯烃共聚物(COC)或其任何组合。

2.可变形材料层

在本文公开的盒中使用的可变形材料层(也称为“可变形层”)可以包括塑性材料(塑性变形)或弹性材料(弹性变形)。塑性材料可以包括但不限于聚合物或金属。用于可变形材料层的合适的塑性材料包括但不限于聚丙烯和聚乙烯。合适的金属包括例如铝。合适的弹性材料包括例如，诸如聚硅氧烷(例如，PDMS)的弹性体材料。其他可变形材料在本文中进行了进一步描述。在某些实施方案中，可变形材料不是弹性体材料。如本文所使用的，“弹性体”或“弹性体材料”是具有低杨氏模量的材料，诸如天然橡胶或合成橡胶(例如，硅树脂(诸如PDMS)或山都平(santoprene))。在本文所描述的微型阀构型中使用的这种材料经历弹性变形而不是塑性变形。

通过施加热和压力结合到主体的材料在本文中被称为“热密封件”。热密封件在本领域中是众所周知的并且是可购得的。例如，4titude(Wolton，Surrey，UK，英国萨里的沃尔顿)将各种热封商业化。这些热密封件在www website 4ti.co.uk/sealing/heat-seals/上有描述。这些热密封件包括例如透明密封(Clear Seal)、透明焊接密封(Clear Weld Seal)和箔密封(Foil Seal)。热密封件还由爱思进(Axygen)、康宁品牌(Corning，Tewksbury，MA，美国)生产。这些包括

PlateMax热密封薄膜和密封薄膜卷。见网站：

catalog2.corning.com/LifeSciences/en-US/Shopping/Product.aspx？categoryname＝Genomics+and+Proteomics(Lifesciences)％7cPCR+Products(Lifesciences)％7cSealing+Films+and+Tapes+for+Microplates(Lifesciences)％7cHeat+Sealing+Films+and+Tapes+for+Microplates(Lifesciences)。这种材料表现出部分弹性性能，即它们的变形是部分可逆的。

可变形材料可以是均质或非均质材料。在某些实施方案中，热密封材料由与盒的主体相同的材料制成。热密封材料可包括热塑性塑料(例如，聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、环烯烃共聚物(COC)、聚酯薄膜、聚醋酸酯)或金属(例如，铝)。见，例如，WO 2012/136333。热密封件可通过使热密封层与主体接触并施加热和压力来制造。非均质薄膜包括具有用于与加热器接触的第一侧和用于与主体接触的第二侧的层压物。第一侧具有比第二侧(“低熔点”)高的熔化温度(“高熔点”)。这允许在第一侧允许结合到主体而不结合到加热器之前使用热源将第二侧加热到其熔化温度。

III.制造方法

图5A至图5D示出了可变形材料层至盒主体101的流体表面103的附接和关闭阀的形成。图5描绘了阀141的横截面。

图5A示出了盒主体101、可加热模具105和夹在它们之间的层压密封件102。盒主体101包括表面103、脊151和152(可选)和凹槽171。该图还示出脊151和152作为相对于平坦表面103凸起的区域形成，而凹槽171作为相对于表面103的平面凹陷或凹进的区域形成。

脊可以在盒的与可变形层匹配的表面的平面上方约25微米和约100微米之间，例如约50微米。阀主体的凹槽可具有在平面下方约50微米和约300微米之间的深度。如果可变形层通过热密封以外的方法(例如，利用构图粘合剂或激光焊接)附接，则脊不需要从表面的平面上方凸起。流体通道为微流体的，即具有小于500微米的外形，或为宏流体的，即没有小于500微米的外形(例如，没有小于1000微米的外形)。流体通道可以具有约100微米至约400微米的深度。

可变形材料层102通过模具105所施加的压力和热将结合到盒主体101。在该示例中，可变形材料层102是层压物。层压物的一侧与模具接触。这一侧的熔化温度高于模具的温度。因此，当将加热的模具压靠在可变形材料102上时，较高的熔化侧不会熔化或粘附到模具表面。层压物的另一侧接触盒主体101的表面103并具有比模具温度低的熔化温度。因此，当加热模具被施加时，该材料熔化。盒主体还包括当压靠在加热的模具上时熔化的可延展材料。

因此，如图所5B中所示，在由模具施加压力和热之后，脊151和152被压缩或压扁。而且，可变形材料层选择性地结合到盒主体，在这种情况下，结合到表面103和阀主体上的附接区域，例如结合到脊151和152。通过该结合，可变形层密封流体回路的流体元件，包括端口、室、通道和阀。

图5C在横截面中示出阀的关闭。撞杆头部602具有与凹槽171的形状大体上一致的形状。

阀主体的长方形形状允许撞杆头部沿着由圆X所示的轴线移动。因此，在盒接口中的多个撞杆必须与已与接口接合的盒中的多个阀对齐的仪器中，柔性撞杆和凹槽的自定心作用为撞杆和阀的相对定位提供了更大的容差。

撞杆的压力使可变形材料层压在阀主体上，并且在初始施加中使可变形材料变形，以引起可变形层的塑性变形。这将阀主体压模或压印到关闭或可关闭的位置。然而，阀主体构造成具有这样的形状，使得即使在拉伸之后，可变形材料也保持一定的弹性。为此目的，可变形材料层必须具有比脊的强度大的强度(例如，屈服强度或极限强度)，使得来自撞杆的压力压扁脊但不破坏可变形层。在这种构型中，阀被关闭，并且液体不能通过阀。

参考图5D，为了打开阀以允许液体通过，撞杆从盒中缩回。可变形层结合到脊的残留部、结合到阀主体的边缘或结合到阀主体的壁的上部部分。但可变形材料不结合到凹槽171的底板。由于阀主体的壁的倾斜，可变形层保持足够的弹性以从凹槽的底板“弹回”。这产生了通过阀的通路175，液体可以穿过该通路175。因此，形成了阀，该阀在通道中的压力被释放后被偏压打开。为了关闭阀，撞杆头部602被压靠在可变形材料层上，促使可变形材料层抵靠阀座并关闭通路，如图5C中所示。因此，阀座包括可变形材料与其接触和脱离的阀主体的那些部分。

当撞杆头部相对于阀主体定心时，阀的形式和功能得以改善。这样的定向促进了可延展材料和阀主体之间的紧密密封。在某些实施方案中，撞杆和阀呈现自定心作用。撞杆可以安装在枢轴上或具有柔性的或可摆动的轴杆，其允许撞杆在被压入阀主体中时横向地移位。当阀主体的壁足够陡峭时，压靠在可变形材料上的撞杆克服摩擦力朝向阀主体中线滑动。可替代地，撞杆可以包括定心臂，该定心臂被构造成配合在盒主体中的定心坑或凹陷部中。这样的定心臂可以为撞杆头部提供对阀主体的粗定心。

阀通过使用撞杆施加的力而关闭。图6示出了具有大体上与阀主体141的形状相一致的楔形形状的撞杆头部601的实施方案。脊151和152突出于表面103的平面上方。热密封材料102覆盖盒主体。阀通向的流体通道由线621和622表示。图7以斜视图示出了相对于阀主体141定向的撞杆头部601。阀主体141包括凸起的脊151和152。通道620也包括凸起的脊621和622，凸起的脊621和622可以促进可变形层的结合以及通道和阀的密封。

图14示出了示例性阀/撞杆组合。定心引导件1402具有锥形头部并与坑1401配合，以为撞杆头部602进入由脊151和152以及沟槽171界定的阀主体中提供粗定心。该构型可以与图15、图16和图17中所描绘的撞杆致动组件一起使用。图29示出撞杆的可替代的示例性实施方案。撞杆头部2901使本公开的阀关闭。撞杆头部2901包括横向于阀并与流动路径成一直线布置的翼部。这些突起用于减小阀上的应力和可变形材料的撕裂。定心引导件2902具有用于与定心坑配合的锥形头部。

在另一个实施方案中，可变形材料抵抗撞杆定心的摩擦通过提供具有呈可旋转轮形式的头部的撞杆而被克服。阀主体可以具有与轮的形状相一致的横截面形状，诸如大体上圆形的。这样的实施方案在图9、图10和图11中示出。阀主体941包括在表面903的平面上方突出的脊951和952。阀通向的流体通道920还包括凸起的脊921和922。热密封材料902覆盖盒主体。撞杆头部的形状大体上与阀主体的形状相一致。图10示出了布置在阀主体之上的轮形撞杆的横截面。撞杆头部901被构造成为安装在心轴930上且通过使用滚珠轴承940可旋转的轮。其上安装有撞杆头部的撞杆950包括定心弹簧，以允许撞杆横向地移动并在阀主体中居中。图11以斜视图示出了相对于阀主体941定向的撞杆头部901。当撞杆压入阀主体中时，轮朝向中心线滚动，以产生紧密密封。

IV.盒接口和操作

图15、图16和图17示出了与样品盒1801配合的盒接口1500的实施方案。在此实施方案中，撞杆被包括在凸轮机构1300中。凸轮机构1300包括凸轮1313和凸轮从动件1311。凸轮1313具有凸轮表面1321、凸轮突起1319和凸轮孔口1315，凸轮孔口1315构造有适于将凸轮定位在旋转元件上的凸轮键1317。凸轮从动件1311安装在杠杆1303上，杠杆1303围绕穿过孔口1301连接的轴旋转。撞杆1309(有时被称为“刀”)被构造成为安装在杠杆1302上的突起。撞杆1309可以被构造成为通过杠杆1302上的保持器保持在适当位置的件。撞杆1309可以包括适于压入阀中的定心引导件1333和撞杆头部1331。杠杆可以利用偏压元件1305例如利用弹簧朝向阀偏压。弹簧可以安装在安装件1304上。在一个实施方案中，偏压元件施加5磅、6磅、7磅、8磅、9磅或10磅中的至少任何一个的力。凸轮可以是平板凸轮，例如可以采取包括偏心部1319的偏心盘的形状。凸轮可以包括适于将凸轮安装在旋转设备(诸如由马达驱动的鼓轮)上的孔口1317。凸轮孔口可以包括键1317以使凸轮在鼓轮上对齐。凸轮从动件的上升将撞杆推离阀。凸轮从动件的返回允许撞杆从偏压元件的力推靠在阀上。在某些实施方案中，凸轮表面1321可以在阀关闭期间从凸轮从动件脱离，以允许偏压元件1305对阀施加全部的力。

盒接口1500包括撞杆致动组件1517、基板1515和盖板1516。样品盒1801插入到通过基板1515和盖板1516的配合而形成的狭槽中。

撞杆致动组件1517可以包括凸轮阵列1501、撞杆阵列1509和偏压元件阵列。凸轮阵列可以包括安装在旋转鼓轮1507上的多个凸轮1313。撞杆阵列可以包括多个撞杆执行器，每个撞杆执行器包括通过孔口1301安装在轴上的杠杆1303、撞杆1309和凸轮从动件1311。每个撞杆机构构造成接合凸轮，并且每个撞杆接合样品盒的阀。

参考图20，基板1515包括可以与盖板的表面相匹配的表面和撞杆可以通过其突出的孔口。撞杆可以被抵着孔口的壁偏压以进行引导。盖件2016与基板1515的面配合并形成引导件。当盒被插入到盒接口中时，引导件导引盒1801上的轨道。顶部件2017包括用于活塞或柱塞的孔口，该活塞或柱塞配置为将球阀致动到连接到端口的室。这些包括活塞2042、2045、2046和2050，活塞2042、2045、2046和2050与阀对齐并提供抵抗撞杆压力的止动。孔口2014、2015和2016引导柱塞压下球阀。顶部件还包括孔口2012和2013，流体导管通过孔口2012和2013与盒中的输入端口和输出端口配合。导管流体连接到样品分析子组件，以将分析物和空气压力传输到盒。

当偏心部与凸轮从动件接合和分离时，通过自转转动鼓轮会使阀关闭和释放。在一个实施方案中，鼓轮上的偏心部是交错的，使得在鼓轮旋转期间，阀以预定的顺序关闭。偏心部可以被错开，例如，通过使偏心部相对于键定位成使得将凸轮安装在鼓轮上将偏心部放置于预选位置处。一个这样的顺序在图28中示出。该顺序由鼓轮的一个完整的旋转来执行，鼓轮可以在旋转中通过步进马达转动到每个下一个位置。

V.集成系统

本文提供的系统可以能够制备、处理和分析单个样品或多个样品。通过本文提供的系统，可以执行若干操作，例如，(a)接收一个或更多个样品；(b)从所接收的样品中分离和提取目标材料；(c)纯化和扩增整个目标材料或目标材料的选择部分以产生准备检查的分析物；和(d)分离、检测和分析所制备的分析物。这些操作可以在包括若干集成子系统例如样品制备子系统、样品分析子系统和控制子系统的系统中进行和执行。在一些情况下，系统可以包括用户界面、样本盒接口和电泳接口。样品盒接口和电泳接口配置为分别与用于样品处理的样品盒和用于样品分析的电泳盒可释放地接合。

本文提供的系统可以完全自动化，使得用户能够接收、处理和分析样品，而无需大量的工作和输入。样品的制备、处理和分析可以在所提供的系统中完成，而不需要在系统的不同部分之间手动地移除和转移样品、试剂和分析物。由于所包含的子单元(例如，样品盒和电泳盒)是高度集成的并且呈现小的尺寸，因此本文提供的系统可以被设定尺寸成使覆盖面积最小化，以在广泛的应用背景中实现便携性和实用性。例如，系统可以在四处奔走的地点，诸如远程位置中使用，或者它们可以在用于不容易获得运输或需要用户移动性的地点，例如战场场景和犯罪现场中使用。

本公开的盒在从包含生物材料的样品开始生成样品分析物的集成且自动化的采样反馈系统(sample-to-answer system)中是有用的。在其他实施方案中，盒可用于独立样品制备。在某些实施方案中，生物材料是DNA，遗传谱(genetic profile)涉及确定受试者的一个或多个基因座(例如遗传基因座)处的一个或多个等位基因，例如STR(短串联重复)图谱，例如在CODIS系统中使用的。该系统可以执行若干操作，包括(a)提取和分离核酸；(b)扩增选定基因座(例如，遗传基因座)处的核苷酸序列；和(c)扩增产物的检测和分析。这些操作可以在包括若干集成模块(包括分析物制备模块；检测分析模块和控制模块)的系统中执行。

各种化学物质是可商购得到的，以进行STR分析，并且特别是与CODIS兼容的STR分析。这些化学物质包括例如来自Life Technologies/Thermo Fisher Scientific(纽约，格兰德岛)的

和

Express(6色荧光，24个基因座的STR试剂盒)(全球网址：lifetechnologies.com/us/en/home/industrial/human-identification/globalfiler-str-kit.html)，和来自Promega Corporation(威斯康星州，麦迪逊)的

Fusion(例如，

Fusion 6C)(全球网址：promega.com/Products/Genetic-Identity/STR-Analysis-for-Forensic-and-Paternity-Testing/PowerPlex-Fusion-STR-Kits？utm_medium＝print&utm_source＝ishi_poster&utm_campaign＝powerplex&utm_content＝October)。

本文提供的系统可以完全集成。样品处理可以在单个系统中完成，而无需移除样品并将其转移到另一个系统。本文提供的系统可以完全自动化，使得用户能够处理样品而无需来自用户的大量输入。

图19示出了本发明的示例性系统。系统1900包括若干功能元件。系统1900可以包括样本制备子系统、样品分析子系统和控制子系统。这种包括用于接合本公开的盒、致动阀和移动液体的接口的仪器在2014年10月28日提交的美国临时专利申请序列号62/069,752中被描述，该申请通过引用以其整体并入本文。

样品制备子系统可以包括样品盒接口1500、试剂源、流体组件，样品盒接口1500配置为接合样品盒100，试剂源用于执行生化协议(biochemical protocol)，流体组件配置为移动样品制备子系统中的试剂。流体组件可以包括泵，诸如注射泵。泵通过阀可流体连接到试剂(例如，水和裂解缓冲液)的出口和空气源。泵可以配置为将裂解缓冲液和水分别通过流体管线1910和1911传送到样品盒中的入口端口112。由泵施加到入口端口112的空气或液体压力可以泵送分析物离开出口端口113或通过管线1912泵送到电泳盒中的分析物入口中。

样品分析子系统可以包括电泳组件和样品入口，该电泳组件包括阳极、阴极和与阳极和阴极电连通且流体连通的电泳毛细管，样品入口在样品盒中的样品出口和到毛细管的入口之间连通。这些可以例如容纳在电泳盒1905内。样本分析子系统还可以包括：光学组件，其包括相干光源(诸如激光器1988)；光学列，其包括，例如透镜1955；和检测器，其配置为与电泳毛细管对齐并检测其中的光信号，例如，荧光。在该实施方案中，电泳盒还包括电泳分离介质源，并且可选地(d)液体试剂源，诸如通过电泳盒中的出口传送到系统的水或裂解缓冲液。

控制子系统可以包括被编程来操作系统的计算机1973。控制子系统可以包括接收来自用户的指令的用户界面1977，该指令被发送到计算机并向用户显示来自计算机的信息。用户界面1977可以是如在2014年10月22日提交的序列号为62/067,429的美国临时专利申请中所描述的，该申请通过引用以其整体并入本文。可选地，控制子系统包括被配置为向远程服务器发送信息并从远程服务器接收信息的通信系统。

样品制备模块包括配置为接合并操作一个或多于一个样品盒的盒模块组件。样品盒配置为在盒与系统中的盒模块组件接合时接收一个或更多个样品，并执行核酸提取和分离以及DNA扩增。它还可以包括协助分析的控制和标准。

样品制备模块可以包括：接收器，其用于接收一个或更多个盒，接合盒的接合组件；流体歧管，其配置为接合盒中的端口并通过端口将压力和/或流体传送到盒；传送组件，其被配置为将诸如扩增预混物的试剂从样品盒中的隔室传送到扩增隔室(例如，将球阀推入到打开位置的柱塞)；气动歧管，其配置为接合盒中的端口并且通过端口将正压力或负压力传送到盒以移动流体并操作盒中的阀、泵和导向器(router)；泵，其配置为将压力传送到流体和气动歧管。可消耗的试剂可以在可移除地与盒模块接合的模块中，例如缓冲模块中被运输。

该系统还可包括适于与盒中的压力端口配合并且将来自压力源的正压力或负压力传递到端口并进入流体回路的接口。该接口可以包括端口适配的喷嘴。其可以包括用于从另一个来源施加正压力或负压力的注射器。

PCR可以使用热循环仪组件进行。该组件可以包括热控制器，诸如珀尔帖设备、红外辐射源、循环水、恒温块的移动或其他材料，热控制器可以被配置为加热和冷却以进行热循环并且可以被包括在盒模块中，盒模块可以配置为使热控制器移动到与热循环室热接触，例如通过布置在每个反应室之上的散热器(或者可以扩散/分布热量并冷却的热导体)。在一些实施方案中，盒包括具有一个或更多个(例如，多个)热循环室的温度调节器组件，并且样品盒可以与流体通道流体连通。

分析和检测模块配置为从样品制备模块接收分析物并对分析物执行毛细管电泳以检测通过电泳分离的分析物并分析检测到的分析物。分析和检测模块可以包括毛细管电泳组件、检测组件和分析组件。

毛细管电泳组件可以包括：注射组件，其可以包括变性加热器组件、用于对用于毛细管注射的分析物进行定位的定位组件；阴极组件；毛细管组件；阳极组件；毛细管填充组件，其用分离介质填充毛细管；以及电源，其用于在阳极和阴极之间施加电压。

检测组件可以包括配置为照亮毛细管和检测器的激光器。激光器可以配置为激发分析物中的荧光染料。在可替代的实施方案中，激光器可以由诸如LED的替代光源替代。检测器可以包括CCD阵列、CMOS阵列、光电倍增管、二极管阵列或其他检测器，用于检测由激发的染料产生的光并产生输出信号。

分析组件可以包括计算机，该计算机包括存储器和处理器，处理器用于执行用于分析输出信号的代码(例如，在有形介质上的代码)并生成包含信号分析的计算机文件。这种分析可以包括例如鉴定来自各种STR基因座的等位基因。计算机文件可以是与公用数据库兼容的格式。例如，该文件可以是与FBI(联邦调查局)运行的国家DNA索引系统(NDIS)兼容的CODIS格式。

该系统可以由控制模块操作。控制模块可以包括配置为从用户接收指令并将信息传送给用户的用户界面。其可以包括被编程为执行用于执行上述操作的程序并从远程位置诸如在网络上发送和接收信息(诸如计算机文件)的软件。

图27A和图27B进一步详细地展示了图19的系统。如上文和本文其它地方所描述的，样品盒接口1500和电泳接口2705被包括在系统中，用于接合样品盒和电泳盒。样品盒和电泳盒两者可以与系统可释放地或可移除地接合。图19、图27A和图27B的系统可以用于法医分析以解码单个样品的基因信息。在一些情况下，该系统可用于在小于约6小时、5小时、4小时、3小时、2.5小时、2小时、1.5小时、1小时、30分钟、20分钟、10分钟、5分钟、1分钟或更少时间内确定样品的基因谱。这样的时间可以取决于例如包括在样品处理操作中的步骤的数量。

图19、图27A和图27B的系统的示意图在图18中示出。包括用于结构支撑的机架2800，该机架2800可由金属材料(诸如铝或钢)、聚合物材料或其组合形成。在一些情况下，机架可构造成使系统的重量最小化。用户界面包括在该系统中，该用户界面包括系统电子控制器2801、嵌入式计算机2802、以及能够识别并读取指纹的用户界面屏幕2804和识别并读取样品条形码的用户界面屏幕2805。用户界面接收并处理来自用户的请求或指令并向用户传递信息。用户界面可包括被编程为执行用于执行上述操作的程序并从远程位置例如在网络上发送和接收信息(例如计算机文件)的软件。如果测量值不在选定的参数内，用户界面还可以使用户能够监控操纵进度并改变系统的操作。提供样品盒接口2806用于接收用于样品处理的样品盒。当样品盒与系统的样品盒接口接合时，本文所述的样品盒可配置为接收一个或更多个样品并执行样品分离、提取、纯化、扩增或稀释中的至少一项。样品扩增可以包括聚合酶链式反应(PCR)。用于执行一个或更多个样品处理步骤所需的一种或更多种试剂，例如洗涤缓冲液、裂解缓冲液、稀释液、扩增试剂或泳道内标可预先装载或包括在样品盒中。系统中还包括完全集成的电泳盒2807，该完全集成的电泳盒2807是通过电泳盒接口与系统可释放接合的。电泳系统包括用于执行电泳分析的所有必要的部分，诸如电泳毛细管、电极(例如，阳极和阴极)、电泳分离介质或电泳缓冲液。在一些情况下，电泳系统可包括可用于执行STR分析的试剂。电泳系统还可包括用于保持用于样品处理的试剂的一个或更多个试剂容器，例如，裂解缓冲液容器。在样品盒和电泳盒都与系统接合之后，裂解缓冲液可与样品盒流体连通并用于在样品处理期间将目标材料从样品分离出。一旦电泳盒的接合完成，则可以建立电泳盒和系统之间的至少一个自动连通，例如，电泳盒和系统电子控制器2801之间的电连通2813、电泳盒中的电泳毛细管的一部分和系统的光学模块2803之间的光学连通2814、电泳盒的样品入口端口和样品盒的样品出口端口之间的流体连通2815、电泳盒和系统的电动驱动及冷却模块2808之间的机械及热连通2816。

在一个示例中，集成电泳盒2807在紧凑的单元中具有电泳所必需的所有的或大体上所有的部件，该紧凑的单元可容易地插入到电泳盒接口中和从电泳盒接口移除。这可以允许用户容易地将盒2807与系统接合，而不必打开系统。在一些示例中，电泳所需的所有的或大体上所有的部件(例如，阳极、阴极和至少一个电泳毛细管)都包括在单个板或单个支撑件或彼此固定地形成一体的多个板或多个支撑件上。

本文提供的系统还可以包括用于为系统供电的电源2812、用于在阳极和阴极之间施加电压梯度的交流电源2811、用于为系统的一个或更多个部分消散热量的一个或更多个风扇2810、和用于在系统内或在系统外收集和传递数据的一个或更多个USB端口2809。

本公开还提供了电泳盒，该电泳盒可以包括可移除地插入到电泳盒中的一个或更多个子容器或子盒，诸如，用于保持电泳分离介质、用于样品处理的试剂、或用于样品分析的试剂的子容器。图24示出了包括电泳分离介质子容器的电泳盒的示例。如在图24中所示，电泳盒被制造成具有空间2902，该空间2902配置为专门接收并容纳次级或子容器。用于保持电泳分离介质的子容器2901可以在电泳盒与系统接合之前储存在电泳盒2903的外部。保持电泳分离介质的子容器可以在电泳盒与系统接合之前的短时间内安装到电泳盒中2905，例如在电泳盒与系统接合之前少于1小时、50分钟、40分钟、30分钟、20分钟、15分钟、10分钟、5分钟内安装到电泳盒中。一旦电泳盒安装到系统中2906，可以使子容器与系统的热控制模块热连通，系统的热控制模块可以将子容器的温度调节至期望值并将其保持一段时间。

图25A和图25B示出了本公开的示例性电泳盒的清楚的外壳视图。一般地，电泳盒可以包括盒壳体400、子容器(或子盒)壳体401、用于提供光源并检测来自分析物的信号的光学接口402、一个或更多个流体动力设备(例如，液力耦合器)403、阳极子组件404、阴极子组件405，电泳毛细管406、电接口407、用于在电泳盒的部分上施加压力或力的一个或更多个机械接口(例如，408、409、412和413)、用于控制子容器401的温度的热接口410、以及用于在阳极子组件中的至少一个阳极和阴极子组件中的至少一个阴极之间提供电压的电接口411。

示例性电泳盒500的示意图在图26中示出。电泳盒500可以包括电泳组件，该电泳组件包括阳极子组件507、阴极子组件510和用于至少一个样品的样品分离和分析中的至少一个电泳毛细管509。

如图26中所示，三个阴极节点511可以包括在阴极子组件中并且与电泳毛细管的第一端部流体连通且电连通。至少一个阳极节点529被包括在阳极子组件中并且与电泳毛细管的第二端部流体连通且电连通。尽管在本公开中展示了包括一个阳极节点和三个阴极节点的阳极子组件和阴极子组件，但应当理解，可以基于不同的应用使用任意正数的阳极和阴极。

电泳盒还可以包括用于保持电泳分离介质和用于保持用于样品处理和分析的多于一种试剂的多于一个容器。如图26中所示，电泳盒500中包括电泳分离介质容器501、第一试剂容器502、第二试剂容器503、第三试剂容器504和第四试剂容器505。这些容器可以配置成可移除地插入到电泳盒中。在样品分析的每次运行完成后，根据应用，一个或更多个容器可以被替换或重新使用。在一些情况下，例如，如果使用热敏电泳分离介质或电泳试剂，并且微小的温度变化可能损害其性能且之后导致整个分析破坏或失败，则可能期望在预定温度下储存或运输一个或更多个容器。一旦将容器安装在电泳盒中，则它们可以保持在相同或不同的温度下。容器的安装可以手动地或自动地实现。

一旦电泳分离介质容器501与电泳盒正确地接合，借助于用于控制一个或更多个流体处理设备(例如，泵)的第一机械接口515，可以驱动电泳分离介质并将其移动到阳极子组件507。应用第二机械接口514和第三机械接口516，通过在高压活塞506和阳极主活塞(未示出)上施加力(或压力)，可以将电泳分离介质进一步推入到电泳毛细管中的至少一个中。

任何合适的试剂可以用于本公开中。试剂可以是固体、半固体或液体。在使用液体试剂的情况下，液体试剂可以包括有机流体、无机流体或其混合物。例如，试剂可以包括水、电泳缓冲液、样品处理缓冲液(例如，裂解缓冲液)、加载缓冲液、再生流体或其组合。例如，试剂可以以水溶液提供(例如，储存)、或可以以固体或干燥(例如，冻干)形式提供(例如，储存)并然后通过适当地添加液体(例如，水溶液)而放置于溶液中。可替代地，试剂可以以大体上无水的非离子型有机溶剂(例如，乙醇溶剂)或以大体上无水的离子型有机溶剂(例如，深共晶溶剂)来提供(例如，储存)，并可通过适当地添加水溶液而被再水合(re-hydrated)，如在PCT专利申请号WO2014/055936中所描述的，该申请通过引用整体并入本文。如本公开中所使用的，术语“再生流体”通常是指能够恢复或还原电泳盒的一个或更多个部分(例如，电泳毛细管)的功能或性能的流体。在一些情况下，再生流体可以包括水溶液。在一些情况下，再生流体可以包括碱性流体。在一些情况下，再生流体可以包括一种或更多种碱金属类氢氧化物(alkali hydroxide)。

为了收集来自例如电泳毛细管、阳极子组件或阴极子组件的任何液体或流体，两个废物容器512和513可以包括在电泳盒中并分别与阳极子组件和阴极子组件连通。如本公开中所提供的，任何数量的废物容器(例如，至少1个、2个、3个、4个或5个)可以包括在电泳盒中。例如，除了与阳极子组件和阴极子组件连通的废物容器之外，每个试剂容器和电泳分离介质容器都可以设置有其自己的水容器。

在本公开的一些方面，电泳盒还可以包括多个流体处理设备，该多个流体处理设备使电泳盒的各个部分或部件流体连通。如以上以及本文其他地方所描述的，可以使用能够移动或转移流体的任何类型的设备，例如阀、泵、静电流体加速器和各种其它形式的处理装备。如图26中所示，泵520和521用于通过其相应的流体导管将储存在第一试剂容器502和第二试剂容器503中的试剂驱动到阳极子组件507。类似地，泵522和523用于通过两个单独的流体导管将保存在第二试剂容器503和第三试剂容器504中的试剂转移到阴极子组件510。

在一些情况下，可能希望至少一个试剂容器与电泳盒或系统的多于一个部分连通。例如，如图26中所示，第二试剂容器503和第三试剂容器504除了其如上所述的与电泳盒的阴极子组件510的连通之外，还与电泳盒外部的部分连通。详细地，两个试剂容器均通过流体管线与样品盒接口519和流体处理设备518流体连通。四通阀528和三通阀527用于引导、控制和调节流体管线中不同类型的流体流动。可替代地或者另外地，具有安装在电泳盒内部的、直接与电泳盒的外部的部分或部件连通的一个或更多个试剂容器可以是有利的。例如，在如图26中所示的本示例中，第四试剂容器505与电泳盒接合并通过流体管线与样品盒接口519流体连通。在一些情况下，电泳盒中可以包括一个或更多个流体动力设备(例如，液力耦合器524、525和526)，该一个或更多个流体动力设备可以有助于通过流体管线传送和转移试剂、分析物或样品。

电泳盒还可以包括样品传送组件，该样品传送组件包括至少一个样品入口端口和至少一个样品管线，其中每个样品管线使样品入口端口通过阴极子组件中的通路与电泳毛细管的第一端部连通。样品入口端口还可以配置为与包括在样品盒接口519中的样品出口端口通过流体动力设备526(例如，液力耦合器或液压耦合器)连通。使用样品传送组件，来自与样品盒接口接合的样品盒的经处理的样品可以通过样品管线被引导到分离通道(例如，电泳毛细管)。用于将所制备的样品移动到分离通道中的任何合适的方法可以用于本公开的上下文中。例如，可以通过在电泳样品管线中定位包括比分离凝胶低的盐浓度或低的离子强度的稀释混合物来执行场放大堆叠(field-amplified stacking)(FAS)。在另一个示例中，可以将材料(例如，空气)团块定位在样品管线中的样品的下游，其中该材料具有与电泳缓冲液或样品的电导率不同的电导率。当样品定位在整个分离通道上时，样品可以在合适的电压(例如，约3kV至约5kV，或约4kV)下经过适量的时间(例如，约10秒至约20秒，或约15秒)被电动地注射到分离通道中。在一些其他示例中，可以使用泵来驱动样品进入分离通道。

一旦所制备的样品移动到分离通道中，则样品可以借助于(如可以在阳极529和阴极511之间施加的电压梯度下产生的)电场在分离通道内进行样品分离和分析。在电场的影响下，电泳毛细管中的分析物以不同的速率移动通过基质(即，电泳分离介质)，该不同的速率由一种或更多种因素(诸如质量、电荷或其组合)确定。

电泳毛细管的一部分可以用作光学窗口508，该光学窗口508能够接收来自光源的光并发射可由包含在检测组件中的一个或更多个检测器捕获和检测的信号。在一些情况下，可以提供可以包括光源和检测组件两者的光学模块。光源被定位成通过光学窗口将光束传送到至少一个电泳毛细管。一个或更多个光学检测器(例如，电荷耦合设备(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、光检测器、光电二极管或光电倍增检测器)可以光学地耦合，以通过光学窗口接收从至少一个电泳毛细管发射的信号。如在本公开的其他地方所讨论的，电泳盒中的光学窗口与光源和光学模块两者之间的光学连通可以在电泳盒的接合发生的同时自动地建立。

毛细管可以被加热，以保持适当的运行温度。毛细管可以被加热，例如通过使温度控制的空气在毛细管上流动，通过使毛细管与热电加热器(例如，珀耳帖)热接触，或者通过使毛细管与电阻加热器热接触。在美国专利8,512,538中描述了使用电阻加热器加热毛细管的组件的示例。在另一个实施方案中，毛细管加热器组件可以包括柔性加热器电路，该柔性加热器电路包括聚合物基底中的电阻加热器(例如，线材迹线(wire trace))。这种柔性加热器电路可从Mod-Tronic

Kapton(聚酰亚胺加热器)和McMaster-Carr(超薄加热片)商购获得。

VI.使用方法

本公开的盒可以在用于制备样品例如DNA分离和扩增的集成系统中使用。例如，在一个实施方案中，可以将包含在例如拭子或卡片穿孔器上的样品引入到样品室120中。盒可以与盒接口901接合。包含在芯片外储存器(off-chip reservoir)中的细胞裂解缓冲液可以通过端口112供给到盒中的流体通道中，并通过关闭阀141、142、143和147进入样品室120中。端口112可以连接到注射器或另一个正压或负压源。在裂解后，裂解物可以例如，通过打开阀147、148、149和142，且关闭阀146、145、143、144和141，借助于柱塞而被移动通过盒上的流体通道，该柱塞通过端口112施加真空以将流体吸入反应室122中。在一个实施方案中，DNA反应室可以包括捕获预定量分析物的材料。当反应室填满时，过多的流体可以移动到废物室123中。用于执行PCR或其他反应的试剂可通过端口115和116引入反应室中。在一个实施方案中，如美国专利申请US2013/0115607和国际专利申请公开号WO2013/130910中所描述的，致动器推动球阀(例如，803)，以将端口115中的主混合物和端口116中的引物推入到反应室122中。系统中的热控制机构可以施加热量以在阀148和149关闭的情况下在盒的反应室122中执行热循环。在热循环之后，阀148、145、143和141被打开且阀149、146、147、144、142被关闭，并且泳道内标从端口114分配到反应室122中并被推入混合室121中。在混合之后，阀141、142、145、146被关闭，阀143和144打开，并且带有泳道内标的扩增的STR混合物通过端口113被推到用于分离、检测和分析的毛细管电泳分析模块。

A.扩增和循环测序—一个通道

在另一个实施方案中，本公开的盒可用于进行DNA扩增和随后的循环测序准备。用于测序的靶可以是例如诊断目标，诸如用于基因型分型的基因、携带例如来自肿瘤的体细胞突变的多核苷酸、或来自感染性微生物诸如细菌或病毒的多核苷酸。

用于这种实施方案的示例性盒2100在图21中示出。盒2100具有输入2110。样品2105可以被引入到样品室2120中。盒可以与仪器2180的接口接合，该仪器2180配置为供应试剂和动力。包含在芯片外储存器2182中的细胞裂解缓冲液可以通过端口2112供给到盒中的流体通道中，并通过打开阀2114进入样品室2120中。端口2112可以连接到注射器2170或另一个正压或负压源。

裂解后，通过打开阀2116，裂解物可以通过盒上的流体通道移动到分离室2130中；如果需要的话，可以通过打开阀2118由注射器2170施加真空。通过打开阀2118，可以在引入裂解物之前或之后将磁响应颗粒，例如珠2184引入分离室中。在另一个实施方案中，珠可以被预装载到分离室2130中。可以通过磁致动器2135施加磁力到分离室2130而将多核苷酸捕获在颗粒上并将其固定。可以使用例如乙醇2186来洗涤颗粒，并且洗涤剂被移动到盒上的废物室(未示出)或盒外的废物室2188。

然后通过打开阀2122将多核苷酸移动到反应室2140中用于进行PCR。用于扩增特异性核苷酸序列的试剂可以通过端口2113和2115从密封隔室引入反应室中，或者这些密封隔室可以包含例如由聚四氟乙烯球密封的在集成小瓶中的试剂。这些试剂包括引物、核苷酸和热启动DNA聚合酶。引物通常在“引物混合物”中与混合为“主混合物”的其它成分保持分离。系统中的热控制机构，例如热循环仪2160，可以施加热以在盒的反应室2140中执行热循环。在热循环后，残留的引物和核苷三磷酸可以通过从密封的隔室通过端口2117添加例如外切核酸酶I和虾碱性磷酸酶来降解。在反应后，外切核酸酶I和虾碱性磷酸酶可以通过由热循环仪2160加热至80℃来降解。

然后可以将用于执行循环测序的试剂例如从盒上的密封隔室通过端口2119和2121引入反应室中。这些试剂包括测序引物、核苷酸、热启动DNA聚合酶、和用于染料终止子测序的标记的双脱氧核苷酸(例如来自Life

的

终止子(terminator))。引物通常在“引物混合物”中与混合为“主混合物”的其它成分保持分离。热循环产生具有碱基特异性荧光标记的双脱氧核苷酸终止的多核苷酸。

然后可以将该混合物移回到分离室2130中。可以将磁响应颗粒引入分离室2130中，用于多核苷酸捕获和清洗。

然后可以例如使用空气2192将清洗的多核苷酸通过输出端口2123推入毛细管电泳分析模块中以用于分离、检测和分析。

在可替代的实施方案中，一些或全部试剂被储存在盒上的隔室中以供使用。

B.扩增和循环测序—多通道

在可替代的实施方案中，本公开的盒具有带多个分支的流体回路，每个分支适于执行单独的生化反应。例如，两个分支中的每个可以用于对样品执行正向和反向链循环测序中的一个。可以制备正向链用于在第一分支中进行测序，并且可以制备反向链用于在第二分支中进行测序。可替代地，不同的分支可以用于扩增来自相同样品的不同的目标核苷酸序列。

用于这种实施方案的示例性盒2200在图22中示出。盒2200具有输入2210。样品2205可以被引入到样品室2220中。盒可以与仪器2280的接口接合，该仪器2180配置为供应试剂和动力。包含在芯片外储存器2282中的细胞裂解缓冲液可以通过端口2212供给到盒中的流体通道中，并通过打开阀2214进入样品室2220中。裂解溶液可以与用于捕获多核苷酸的颗粒相容。端口2212可以连接到注射器或另一个正压或负压源

裂解后，通过打开阀2216，裂解物可以通过盒上的流体通道移动到分离室2230中。通过打开阀2218，可以在引入裂解物之前或之后将磁响应颗粒，例如珠2284引入分离室中。可以通过磁致动器2235施加磁力到分离室2230而将多核苷酸捕获在颗粒上并将其固定。可以使用例如乙醇2286来洗涤颗粒，并且洗涤剂可以移动到废物室或盒外的废物室2288。

然后，通过打开阀2222a-c，将多核苷酸的等分试样移入反应室2240a-c中以用于进行PCR。这可以例如通过顺序地打开和关闭这些阀，并将材料移动到每个打开的室中来完成。用于扩增特异性核苷酸序列的试剂可以从密封隔室引入反应室中，或者可以以冻干的形式存在。系统中的热控制机构，例如热循环仪2260，可以施加热以在盒的反应室2240中执行热循环。

在热循环之后，通过打开阀2242a-c可以将产品移动到室2250a-c中。这里，引物和核苷三磷酸由例如以冻干形式存在或从密封隔室中加入的外切核酸酶I和虾碱性磷酸酶降解。在反应后，外切核酸酶I和虾碱性磷酸酶可以通过由热循环仪2260加热至80℃来降解。

然后通过打开阀2251a-c将样品移动到反应室2250a-c中，以准备循环测序。再次，可以将用于执行循环测序的试剂例如从盒上的密封隔室引入反应室中或可以以冻干形式存在。热循环产生具有碱基特异性标记的双脱氧核苷酸终止的多核苷酸。

然后通过打开阀2253a-c将热循环反应的产物移动到清洗室2254a-c中。可以将磁响应颗粒引入到清洗室2254a-c中，以用于多核苷酸捕获和清洗。

然后可以通过打开阀2255a-c例如使用空气2292将清洗的多核苷酸通过输出端口2223a-c推入毛细管电泳分析模块中以用于分离、检测和分析。

C.DNA定量

在另一个实施方案中，本公开的样品盒包括DNA定量功能。这种功能可用于计量确定适合于下游应用(诸如STR扩增)的扩增的DNA量。

用于这种实施方案的示例性盒2300在图23中示出。盒2300具有输入2310。样品2305可以被引入到样品室2320中。盒可以与仪器2380的接口接合，该仪器2180配置为供应试剂和动力。包含在芯片外储存器2382中的细胞裂解缓冲液可以通过端口2312供给到盒中的流体通道中，并通过打开阀2314进入样品室2320中。端口2312可以连接到注射器2370或另一个正压或负压源。

裂解后，通过打开阀2316，裂解物可以通过盒上的流体通道移动到分离室2330中。通过打开阀2318，可以在引入裂解物之前或之后将磁响应颗粒，例如珠2384引入分离室中。可以通过磁致动器2335施加磁力到分离室2330而将多核苷酸捕获在颗粒上并将其固定。可以使用例如乙醇2386来洗涤颗粒，并且洗涤剂可以移动到废物室或盒外的废物室2388。

然后，通过打开阀2322可以将预定量的带有捕获的DNA的颗粒移动到反应室2340中。磁致动器2335将使珠在反应室2340中固定。通过端口2319和2321将人类特异性qPCR试剂(诸如，来自Thermo Fisher Scientific^TM的Quantifiler或来自Promega^TM的Plexor HY系统)从密封隔室引入反应室中。为了进行qPCR，系统中的热控制机构，例如热循环仪2360，可以施加热以在盒的反应室2340中执行热循环。检测设备2370例如使用照明来确定反应的进程。该信息用于确定每单位珠体积捕获多少DNA。计算携带预定量的DNA所需的珠的量。

然后可以例如使用空气2392推动反应室2340中的材料通过输出端口2323。

接下来，将确定为携带期望量的DNA的来自分离室2330的一定体积的珠移动到反应室2340中。然后可以将用于执行PCR的试剂例如从盒上的密封隔室通过端口2313和2315引入反应室中，并且进行反应热循环。

然后可以例如使用空气2392将阶梯内标(internal ladder standard)2317通过输出端口2323推入毛细管电泳分析模块中以用于分离、检测和分析。

本公开的盒可以在用于分析样品(例如，通过实时或终点检测进行DNA分离和扩增)的集成系统中使用。对于实时测量，样品可以由光学检测系统查询同时在反应室122中扩增。读出可以是荧光或熔点的变化。探针可以是人类特异性的，用于人类识别、法医或分子诊断应用；或是病原体特异性的，用于分子诊断应用；或是生物武器(bioagent)特异性的，用于生物防卫应用；或是非特异性嵌入剂，用于确定存在的DNA的量。扩增方法包括，例如热或等温扩增反应(例如PCR)、滚环扩增、全基因组扩增、基于核酸序列的扩增、和单链置换扩增、单引物等温线性扩增(SPIA)、环介导的等温扩增、连接介导的滚环扩增等。

本公开的盒可以在用于分析样品的集成系统中使用。测定可以检测多肽(例如，免疫测定)或核酸(例如，PCR或逆转录，随后扩增)。为了检测免疫测定，在样品裂解和裂解的样品移动到反应室121之后，端口115和116可以用于向样品添加初级抗体和二级抗体。检测可以在样品室121中进行，或者样品可以通过端口113移动到检测器。

测定可以是多个或单个分析物。测定可以涉及测量样品的存在、量、活性或其他特征的任何测定。这些包括涉及通过荧光、发冷光、化学发光、吸光度、反射率、透光度、双折射率、折射率、比色及其组合进行检测的测定。在本公开中，酶主混合物和基底可以单独加入到反应和光学监测的测定的过程或终点中。

在其他实施方案中，本公开的盒可以用于为另外的分析设备制备样品。分析方法可以包括测序、色谱分析法(例如，气体或尺寸排除色谱分析法)、测电法、椭圆偏振法、折射测量法、干涉测量法(例如，背散射干涉测量法)、光谱测定法(例如质谱测定法、核磁共振谱法、拉曼光谱、表面增强拉曼光谱)、表面等离子体共振。测序方法可以包括高通量测序、焦磷酸测序、合成测序、单分子测序、纳米孔测序、半导体测序、连接测序、杂交测序，转录组测序(RNA-Seq)(Illumina)、数字基因表达谱(Digital Gene Expression)(Helicos)、下一代测序、单分子合成测序(SMSS)(Helicos)、大规模并行测序、克隆单分子阵列(Solexa)、鸟枪法测序、Maxim-Gilbert测序、桑格测序(Sanger sequencing)、引物步移法、使用PacBio、SOLiD、Ion Torrent或Nanopore平台的测序。

对于STR应用而言，在热循环后，其他试剂，诸如分子量标志物(尺寸标准)可以与PCR产物合并。PCR的产物可以通过连接到端口113的输出管线(样品输出)来移出芯片进行分析。

在这样的实施方案中，当反应是短串联重复序列(STR)反应时，在个案作业样品的许多管辖区域中，可能需要对人类DNA的量进行定量。典型的法医过程是在样品被STR扩增之前，在单独的仪器中使用实时聚合酶链式反应(PCR)来定量所提取的样品。在本公开中，将人类特异性探针添加到在STR试剂盒所使用的范围之外具有荧光的STR混合物中。当STR被PCR扩增时，通过用于人类特异性探针的合适波长的光来查询反应室122。人类特异性探针可以是诸如Black Hole

或

探针的猝灭剂或本领域技术人员熟知的其它化学物质。随着PCR循环增加，来自人类特异性探针的荧光被监测，以定量反应中的人类DNA的量。在优选的实施方案中，可以基于所测量的人类DNA的量来调整扩增循环的次数；如果使用独立的热循环，则这可以基于逐个盒监测。一个优点是，人类特异性探针将允许同时进行的STR扩增以实现最优的扩增并产生对于试剂盒而言最优的STR产物量。第二个优点是，与STR扩增同时进行的实时监测允许集成采样反馈系统，而无需另外单独的定量过程。第三个优点是，对于其中几乎没有足够的样品来产生良好的STR图谱的低拷贝数量的样品而言，定量与STR扩增的集成避免了通常用于定量的等分试样引起剩余样品不具有足够的DNA来进行良好的STR扩增。

以下示例以举例说明的方式而不是通过限制的方式给出。

示例

示例1

盒是具有集成的注射器筒和样品室的聚丙烯模制件，样品室在流体的区域上具有聚乙烯热密封件。在废物室中有吸收材料，且在反应室中有一小块捕获材料。筒中装载有大量的裂解溶液(500-1000uL)，该裂解溶液隔离在两个橡胶柱塞之间。在芯片上具有由顶部和底部聚四氟乙烯球密封的三个试剂容器皿；两个试剂容器皿用于装载有7-10uL的溶液的Global Filer主混合物/引物的两个部分，一个试剂容器皿用于容纳在转移到阴极之前被用作稀释剂的水/泳道内标溶液(ILS solution)。

过程步骤

1.装载盒

a.用户从包装中取出盒并将其装入仪器中。仪器感测盒并接合。撞杆处于缩回状态。

b.初始阀冲制(coining)。撞杆移动到关闭状态。

2.装载样品

a.样品被记录并装载。

3.裂解

a.打开裂解加热器。

b.将阀设置到用于从注射器传送到裂解室的适当位置。

c.后橡胶柱塞被仪器上的泵轴杆接合。

d.将注射器的全部内容物传送到裂解室。

e.将阀移动到通风位置。

f.抽拉注射器柱塞，并且将注射器充满空气。

g.将阀移动到传送位置。

h.将空气注入裂解室中以进行混合。

4.转移和捕获(由注射器入口从样品室抽吸到反应室中。)

a.将阀设定到其中穿过反应室的路径在裂解室和废物容器之间打开的状态。

b.在废物容器上抽真空。

c.将裂解物从室中吸出，通过反应室并从而经过捕获介质，并且进入废物室，在那里裂解物被室中的物质吸收。

d.将阀切换到传送位置并且柱塞被向前推动。

e.再次执行抽吸，以确保所有游离的裂解物材料都离开室，通过反应室并进入废物室。

5.主混合物/引物加载以及热循环。(试剂被泵送到反应室中。)

a.将阀设定到其中路径经废物室通向通气口的状态。

b.将两个PCR混合物小瓶排空至反应室中。

c.关闭所有的阀。

d.开始热循环。

6.聚合物填充，其与循环同时进行

a.打开阳极输入和阳极输出阀

b.冲洗阳极

c.关闭阳极输出阀

d.填充毛细管

e.清洗阴极

7.混合样品和稀释剂(样品和稀释剂到达混合隔室。)

a.将阀设定到其中路径在反应室和混合室之间打开以通风的状态。

b.将稀释剂小瓶倒空到混合室中。

8.样品传送到阴极(产物被推动到出口端口。)

a.将阀设定到其中从注射器到混合室的路径通到样品出口的状态。

b.驱动注射器以装入样品。

9.样品注射和运行

a.将样品注入毛细管中

b.缓冲液泵将样品从毛细管清理出并冲洗管线

c.进行电泳和检测。

示例2

在盒1801上执行的另一个协议，包括以下步骤。阀构型在图28中示出。

1装载样品盒

2将裂解液引至废物*

3将裂解液分配到裂解室

4将裂解液与空气混合

5混合并加热裂解液

6将裂解物经反应室抽取到废物室

7将引物混合物和主混合物推入反应室

8热循环

9将泳道内标和产物经反应室推动到混合室

10使用空气泵将残留的泳道内标和产物推动到混合室

11将产物推动到阴极

12用水清洗混合室并将产物输出到阴极

13用水清洗混合室和反应室

14将水从样品盒冲入废物室

15将水从样品盒和管线冲到阴极

16释放

1.所有500ul将被分配到裂解室中，并然后在步骤5后推入废物室中。

2.正好低于B0的在到反应室的管线中的残留引物混合物和主混合物将在运行之后保留在样品盒中。

3.冲洗样品盒使其无水。

示例3

在盒上执行的另一个协议，包括以下步骤。所有阀都以打开构型开始。

1.关闭阀143和148。装载样品盒。

2.将裂解缓冲液从端口112通过阀142推动到裂解室120。

3.将裂解液与空气混合：推动空气通过以下打开的阀并迫使空气通过以下回路：112->(打开)143->123->141->122->145->120

4.混合并加热裂解液

5.通过反应室120->145->122->123->143->112将裂解物抽取到废物室

6.关闭阀145；将引物混合物154和主混合物153推动到反应室122

7.关闭阀141；热循环

8.打开阀141；将泳道内标152和产物经反应室122推动到混合室121

9.将产物推动到阴极112->148->121->147->113

示例4

该示例示出了对核酸进行循环测序的方法。(参考图21。)

原始样品

·使用离液剂(chaotroph)裂解

珠纯化DNA

·移动到磁珠处理室

·添加顺磁珠

·用稀释的乙醇洗2次

·洗脱DNA或将珠移动到反应室

进行PCR扩增(对足够的目标区域进行测序；如果对多个区域进行测序，则样品必须是每个基因座的分裂的或平行的样品)

·添加PCR引物并将其与来自小瓶2113和2115的酶预混合

·热循环

ExoI/SAP(破坏PCR引物和核苷三磷酸)

·添加Exo/SAP试剂(核酸外切酶I/虾碱性磷酸酶)

·在37℃下培养15分钟

·加热到80℃持续15分钟

循环测序

·添加循环测序引物并将其与酶和BigDye终止子预混合

·热循环

使用顺磁珠清洗循环测序产物

·移动到磁珠处理室

·添加珠和离液剂

·用稀释的乙醇洗2次

·在水或缓冲液中洗脱

将产物运送至毛细管电泳

示例5

该示例显示了在对扩增产物循环测序后执行标志物(例如诊断标志物)扩增的方法。(参考图22。)

原始样品

·使用离液剂裂解(在盒或仪器上)

·珠纯化DNA

o将珠添加到分离室

o用稀乙醇洗涤2次

o洗脱DNA或移动珠

·产生纯化的DNA

·将纯化的DNA以等分试样分摊到各反应室

在单独的室内对每个感兴趣的基因座进行PCR扩增

·添加PCR引物并将其与酶预混合

·热循环

破坏PCR引物和核苷三磷酸

·添加Exo/SAP试剂(核酸外切酶I/虾碱性磷酸酶)

·在37℃培养约15分钟，加热至80℃持续15分钟

循环测序

·添加循环测序引物并将其与DNA聚合酶和标记的双脱氧终止子预混合

·热循环

清洗循环测序产物

·将循环测序产物移动到清洗室，并执行基于珠的清洗

o添加珠和离液剂

o洗两次

o洗脱

将产物运送至毛细管电泳

示例6

该示例示出了在用于人类识别或诊断片段大小的STR扩增之前定量人类DNA的量的方法(参考图23)

原始样品

·使用裂解缓冲液(离液剂或其他物质)裂解-鼓泡+加热

珠纯化DNA

·将裂解物移动到磁珠处理室

·添加珠

·洗2次

·将10％的珠移动到反应室，在那里珠被另一个磁体捕获

进行PCR定量

·添加定量引物和主混合物

·热循环

·激发和检测信号并确定Ct

·在达到Ct后停止并计算珠稀释度(针对下游STR化学物优化)

·清洗反应室

在反应室中进行STR扩增

·将珠从磁珠处理室通过反应室泵送到废物室中，以调节通过使用qPCR光学器件(具有分束器)所捕获的珠的量—即对珠“计数”。激活磁体，以捕获反应室中正确稀释度的珠。

·添加STR预混合物和主混合物

·热循环

使用基于珠的清洗(可选的基于定量选择)清洗STR扩增产物

·向反应室中添加珠和离液剂

·用稀乙醇洗2次

·洗脱并保持磁铁上的珠

添加ILS

将扩增产物移动到毛细管电泳系统

示例7

用包含系统的电泳盒分析样品

电泳系统是高度集成的并且配置为与用于样品制备、处理和分析的系统可移除地接合。通常，该系统包括三个完全集成的且自动化的组件，即用户界面、样品盒接口和电泳盒接口。样品盒接口和电泳盒接口配置为可释放地接合用于样品处理的样品盒和用于样品分析的电泳盒。用户界面还包括控制模块、用户界面屏幕和嵌入式计算机系统。用户界面配置为读取和识别用户的指纹和样品包装的条形码。用户通过用户界面屏幕输入一个或更多个指令或请求，并且嵌入式计算机处理该请求并将请求转换成之后启动系统操作的信号。

用户从包装中取出电泳盒，并将其装载到仪器中。仪器感测盒并接合。电泳盒与系统之间的多个连通包括：(i)电泳盒的入口端口和包括在系统中的样品盒的出口端口之间的流体连通，(ii)电泳盒的电极(即，阳极和阴极)和系统的电源之间的电连通，(iii)电泳盒的光学窗口和系统的光学模块之间的光学连通，(iv)电泳毛细管和系统的第一热控制组件之间的第一热连通，(v)电泳盒的凝胶子盒和系统的第二热控制组件之间的第二热连通，(vi)电泳盒的阳极子组件和系统的第一机械接口之间的第一机械连通，(vii)电泳盒的阴极子组件和系统的第二机械接口之间的第二机械连通，以及(viii)电泳盒与系统之间的磁连通，该多个连通与电泳盒的接合同时地建立。

储存在凝胶子盒中的电泳凝胶通过包括在阳极子组件中的高压活塞被泵送并注入到电泳毛细管中。当凝胶被注射时，将洗涤缓冲液泵送到阴极子组件的通路中，以用于移除在阴极子组件中的过多的凝胶。随后，将所制备的分析物从阴极子组件中的样品管线引导到电泳毛细管中。然后在电泳毛细管的两个端部之间施加电压梯度以进行电泳分析，并将分析物的不同成分分离，在激光的照射下，该分析物的不同成分发出可辨别的光学信号。这些信号由包括在光学模块中的CCD照相机检测并进行进一步的分析。根据结果得出结论。

在本说明书中提到的所有出版物和专利申请通过引用并入本文，其通过引用并入本文的程度与每个单独出版物或专利申请被具体地和单独地指明通过引用并入的程度相同。

虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方案，但对于本领域技术人将明显的是，这样的实施方案只是以示例的方式提供。本领域技术人员现将会在不偏离本发明的情况下想到许多更改、改变和替代。应当理解，在实践本发明的过程中可以采用对本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的方法和构造及其等效项。

Claims

1.一种用于流体的盒，包括：

(a)盒主体，其包括可延展材料并且具有布置在所述盒主体的表面上的至少一个阀主体，所述至少一个阀主体包括阀底板、阀壁、阀入口和阀出口，所述阀入口和所述阀出口每个都流体地连接到流体通道，其中所述阀壁从所述盒主体的所述表面的顶部部分延伸到所述阀底板；和

(b)包括可变形材料的可变形层，所述可变形层结合到所述盒主体的所述表面的顶部部分并且在附接点处密封所述至少一个阀主体，从而形成至少一个阀，其中所述可变形层结合到所述阀壁的上部部分；

其中所述至少一个阀主体相对于所述附接点在所述盒主体中凹陷，并且其中覆盖所述至少一个阀主体的所述可变形材料在变形之后保持足够的弹性，使得在基态下所述阀是打开的；

其中所述附接点包括升高到所述表面上方的脊；

其中所述阀壁在与由所述盒主体的所述表面的所述顶部部分限定的平面不正交的方向上倾斜或弯曲。

2.根据权利要求1所述的盒，其中所述可延展材料由于初始阀关闭而经历了塑性变形。

3.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体是多个阀主体。

4.根据权利要求1所述的盒，其中所述阀入口和所述阀出口与流体通道流体地连接。

5.根据权利要求1所述的盒，其中所述可延展材料包括塑料、蜡或软金属。

6.根据权利要求1所述的盒，其中所述可延展材料包括热塑性塑料、热固性塑料、单组分树脂或多组分树脂。

7.根据权利要求1所述的盒，其中所述可延展材料包括聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、乙烯树脂、聚(氯乙烯)(PVC)、聚碳酸酯、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)或其任何组合。

8.根据权利要求1所述的盒，其中所述可延展材料包括聚酯。

9.根据权利要求1所述的盒，其中所述可变形材料包括Santoprene热塑性弹性体。

10.根据权利要求1所述的盒，其中所述可变形材料包括Santoprene、EPDM橡胶和聚丙烯的共混物。

11.根据权利要求1所述的盒，其中所述可变形材料具有在10邵氏D至80邵氏D之间的硬度计值。

12.根据权利要求1所述的盒，其中所述可变形材料包括热密封材料。

13.根据权利要求1所述的盒，其中所述可变形层的覆盖阀座的部分不包括弹性体材料。

14.根据权利要求1所述的盒，其中所述可变形层的覆盖阀座的部分不是PDMS。

15.根据权利要求1所述的盒，其中所述可变形层具有比所述可延展材料高的屈服强度。

16.根据权利要求1所述的盒，其中所述可变形材料通过粘合剂附接到所述盒主体。

17.根据权利要求1所述的盒，其中所述可变形材料被焊接到所述盒主体。

18.根据权利要求1所述的盒，其中所述可变形材料包括选自以下项的材料：聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚酯薄膜、聚醋酸酯和金属。

19.根据权利要求1所述的盒，包括至少一个流体回路，其中所述至少一个流体回路包括作为元件的至少一个阀、至少一个流体入口、至少一个流体出口和至少一个隔室，所述元件通过流体通道流体地连接。

20.根据权利要求19所述的盒，其中所述至少一个隔室选自以下项：试剂隔室、样品隔室、混合隔室、反应隔室和废物隔室。

21.根据权利要求19所述的盒，其中所述至少一个流体入口或所述至少一个流体出口包括穿过所述盒主体的通孔。

22.根据权利要求19所述的盒，其中所述至少一个隔室是配置为接受拭子的样品隔室。

23.根据权利要求19所述的盒，其中所述至少一个隔室是混合室，所述混合室被配置为用于通过所述混合室使空气鼓泡。

24.根据权利要求19所述的盒，其中所述至少一个隔室是反应室，所述反应室包括一个或更多个导热壁并被配置用于热循环。

25.根据权利要求19所述的盒，其中所述至少一个隔室是废物隔室。

26.根据权利要求1所述的盒，其中所述盒主体还包括包含试剂的至少一个试剂隔室，其中所述至少一个试剂隔室包括可打开的密封件，所述可打开的密封件在被打开时使所述至少一个试剂隔室通过通孔与所述表面上的流体通道流体连通。

27.根据权利要求1所述的盒，其中所述可变形层保持足够的弹性以当多达10psi负压力施加在与所述阀连通的流体通道上时足以抵抗阀关闭。

28.根据权利要求1所述的盒，其中所述可变形层保持足够的弹性以当多达10psi吸力施加在与所述阀连通的流体通道上时足以抵抗阀关闭。

29.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体和被配置为关闭所述阀的撞杆具有形状，使得所述阀的关闭产生压力，该压力横跨阀横截面的所有区域与所述至少一个阀主体的表面垂直。

30.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体和被配置为关闭所述阀的撞杆具有形状，使得所述阀的关闭产生压力，当所述撞杆的压力是单向时该压力横跨阀横截面的所有区域与所述至少一个阀主体的表面垂直。

31.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体比所述至少一个阀主体所连接的通道宽。

32.根据权利要求1所述的盒，其中所述盒主体还包括一个或更多个试剂隔室，所述一个或更多个试剂隔室包括足以执行PCR的试剂，所述试剂包括核酸引物、核苷酸和DNA聚合酶。

33.根据权利要求32所述的盒，其中所述试剂是足够的以在STR基因座上进行多重PCR。

34.根据权利要求1所述的盒，其中所述阀壁被配置为在压靠在所述至少一个阀主体的锥形撞杆头部上施加定心作用。

35.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体是非径向对称的。

36.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体在所述表面的XY平面的一个维度上比另一个维度长。

37.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体不包括从侧面包围所述至少一个阀主体的阀凹凸部。

38.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体不具有平坦的底板。

39.根据权利要求1所述的盒，其中在相同深度处与相对壁的表面相切的线形成锐角。

40.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体具有相对的倾斜壁。

41.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体具有弯曲的壁。

42.根据权利要求1所述的盒，被配置为在压靠着热密封层的锥形撞杆头部上施加定心作用，所述热密封层压靠所述至少一个阀主体。

43.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体是多个阀主体，所述多个阀主体不包括从侧面包围所述多个阀主体的阀凹凸部。

44.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体具有大于1的深度与宽度的幅形比。

45.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体不包括尖角。

46.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体是多个阀主体，所述多个阀主体不具有平坦的底板。

47.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体具有在0.2mm和2mm之间的直径。

48.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体的宽度：深度的幅形比在1：1.5和1：0.1之间。

49.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体的宽度：深度的幅形比在1：1.2至1：0.7之间。

50.根据权利要求1所述的盒，其中在所述至少一个阀主体的顶部和底部之间的任何点处与所述至少一个阀主体的相对的壁相切地画出的线形成至少为30°的角度。

51.根据权利要求1所述的盒，其中在所述至少一个阀主体的顶部和底部之间的任何点处与所述至少一个阀主体的相对的壁相切地画出的线形成至少为45°的角度。

52.根据权利要求1所述的盒，其中在所述至少一个阀主体的顶部和底部之间的任何点处与所述至少一个阀主体的相对的壁相切地画出的线形成至少为60°的角度。

53.根据权利要求1所述的盒，其中在所述至少一个阀主体的顶部和底部之间的任何点处与所述至少一个阀主体的相对的壁相切地画出的线形成至多为150°的角度。

54.根据权利要求1所述的盒，其中在所述至少一个阀主体的顶部和底部之间的任何点处与所述至少一个阀主体的相对的壁相切地画出的线形成至多为125°的角度。

55.根据权利要求1所述的盒，其中在所述至少一个阀主体的顶部和底部之间的任何点处与所述至少一个阀主体的相对的壁相切地画出的线形成至多为100°的角度。

56.根据权利要求1所述的盒，其中，所述至少一个阀主体在存在脊时具有从所述至少一个阀主体的底部到所述脊的顶部高度的深度，或所述至少一个阀主体具有从所述至少一个阀主体的底部到大致由所述盒主体的表面界定的平面的深度，该深度在50微米和200微米之间。

57.根据权利要求56所述的盒，其中，所述深度为100微米。

58.根据权利要求1所述的盒，其中所述至少一个阀主体的横截面具有呈现以下中的任一个的一部分的形状的壁：楔形、圆形、椭圆形、卵形、悬链线。

59.根据权利要求1所述的盒，还包括适于接受用于引导撞杆头部的定心臂的凹凸部。

60.一种制造物品的方法，包括：

(a)提供盒主体，所述盒主体包括可延展材料并且具有布置在所述盒主体的表面上的至少一个阀主体，所述至少一个阀主体包括阀底板、阀壁、阀入口和阀出口，所述阀入口和所述阀出口每个都流体地连接到流体通道，其中所述阀壁从所述盒主体的所述表面的顶部部分延伸到所述阀底板；和

(b)提供包含可变形材料的可变形层，其中所述可变形层结合到所述阀壁的上部部分；

(c)将所述可变形层结合到所述表面的顶部部分以在附接点处密封所述至少一个阀主体，由此形成至少一个阀，其中所述至少一个阀主体相对于所述附接点在所述盒主体中凹陷；和

(d)使覆盖所述至少一个阀主体的所述可变形层变形，其中所述可变形层经历塑性变形并保持足够的弹性，使得在基态下所述阀是打开的；

其中所述附接点包括升高到所述表面上方的脊；

61.根据权利要求60所述的方法，其中结合包括热密封或焊接。

62.根据权利要求60所述的方法，其中变形包括在所述可变形层上施加机械压力。

63.根据权利要求62所述的方法，其中使用撞杆来施加机械压力。

64.根据权利要求63所述的方法，其中所述撞杆具有尖端，所述尖端具有与偏移了所述可变形层的厚度的所述至少一个阀主体的形状大体上一致的形状。

65.根据权利要求63所述的方法，其中所述至少一个阀主体具有横截面形状，所述横截面形状当所述撞杆对所述可变形层施加压力时在所述撞杆上朝向所述至少一个阀主体的中心施加定心作用。

66.根据权利要求63所述的方法，其中所述撞杆包括柔性材料。

67.根据权利要求63所述的方法，其中所述撞杆安装在枢轴或摇臂上。

68.根据权利要求63所述的方法，其中所述撞杆包括配置成用于对撞杆头部进行粗定心的定心臂。

69.根据权利要求63所述的方法，其中所述撞杆包括安装在所述撞杆的端部处的可旋转轮，并且其中所述至少一个阀主体具有大体上与偏移了所述可变形层的厚度的所述轮一致的横截面形状。

70.根据权利要求63所述的方法，其中所述撞杆配置为相对于所述盒主体的所述表面横向地平移。

71.一种用于流体的仪器，包括盒接口和与所述盒接口接合的盒，其中：

(I)所述盒是权利要求1所述的盒；

(II)所述盒接口包括：

(A)至少一个机械致动器，每个机械致动器定位成致动阀；

(B)至少一个马达，其被可操作地联接以朝向或远离阀致动机械致动器。

72.根据权利要求71所述的仪器，其中：

(I)所述盒包括至少一个流体回路，其中所述至少一个流体回路包括作为元件的至少一个阀、至少一个流体入口、至少一个流体出口和至少一个隔室，所述元件通过流体通道流体地连接；和

(II)所述盒接口包括与流体入口接合的第一端口和与流体出口接合的第二端口，并且还包括压力源，所述压力源配置为通过任一端口向所述流体回路施加正压力或负压力。

73.根据权利要求72所述的仪器，其中所述压力源提供气动压力，或者其中所述阀壁在与由所述盒主体的所述表面的顶部部分限定的平面不正交的方向上倾斜或弯曲。

74.根据权利要求71所述的仪器，其中：

(I)所述盒包括多个阀；和

(II)所述盒接口包括多个机械致动器，其中每个机械致动器能够被独立地致动。

75.根据权利要求72所述的仪器，还包括至少一种试剂的源和被配置为将所述试剂泵送到流体入口的泵。

76.一种控制流体盒的流体通道中的流体流动的方法，包括：

(A)提供根据权利要求72所述的仪器，其中所述流体通道中的至少一个包括液体；

(B)通过使机械致动器抵着阀致动以迫使所述可变形层抵靠着所述至少一个阀主体的壁来关闭所述阀；

(C)通过使所述机械致动器远离所述至少一个阀主体缩回来释放所述阀；和

(D)通过对流体通道中的液体施加正压力或负压力来使液体移动通过所述阀。

77.根据权利要求76所述的方法，其中所述阀壁在与由所述盒主体的所述表面的顶部部分限定的平面不正交的方向上倾斜或弯曲。