CN109642198A - 用于分析核酸的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开内容提供了用于分析核酸和用于进行化学和/或生物反应的方法和系统。

Description

用于分析核酸的方法和系统

交叉引用

本申请要求于2016年2月10日提交的美国临时专利申请系列号62/293,486的优先权，该申请通过引用整体并入本文用于所有目的。

发明背景

核酸扩增方法可允许从复杂混合物如生物样品中有选择地扩增和鉴定感兴趣的核酸。为了检测生物样品中的核酸，通常对生物样品进行处理，以从生物样品的其他组分和其他可能干扰核酸和/或扩增的物质中分离出核酸。在从生物样品中分离出感兴趣的核酸之后，可通过例如核酸扩增，如基于热循环的方法(例如，聚合酶链反应(PCR))，对感兴趣的核酸进行扩增。在扩增感兴趣的核酸之后，可以检测扩增产物，并由最终用户解读检测结果。然而，当需要进行多个或大量扩增反应时，这是枯燥、耗时且低效的。

已提出用小液滴作为容器以在约束的容积中进行化学和生化反应(例如，核酸扩增)，并已开发了多种方法来生成这类小液滴。然而，这些技术通常具有与不均匀的小液滴大小和组成、相对较低的通量和/或不能生成单分散小液滴相关的问题。

另外，在适当的试剂反应体系中，核酸扩增可以非常快速地发生。事实上，聚合酶链反应(PCR)中核酸分子的扩增可以在每个循环中发生一到两秒，或甚至短于一秒。因此，在许多情况下，PCR扩增的速度受到仪器(例如热循环仪)的性能而不是生物反应本身的限制。

发明内容

在此认识到，需要用于分析来自复杂样品类型的核酸的快速、准确且高通量的方法和装置。例如，此类方法和装置可用于实现可经由其核酸而检测的疾病的快速样品-反馈检测和处置。

本公开内容提供了用于高效扩增核酸，如核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)分子，特别是用于以高通量和/或平行地扩增和分析大量不同核酸分子的方法和系统。本公开内容还提供了快速热循环的方法和系统，例如在核酸扩增中。减少在必要的温度设定点之间加热和冷却样品体积的时间可以减少进行反应循环的时间，因此减少多个循环的总反应时间。此外，本公开内容还提供了用于实现快速且方便的热交换(例如，冷却)而无需额外的电源的方法和系统。

在一个方面，本公开内容提供了用于对生物样品进行化学或生物反应的系统。所述系统包括样品保持器(sample holder)，该样品保持器接收包含所述生物样品的溶液并在所述化学或生物反应期间保持所述溶液；以及多个热区，所述多个热区包含与所述样品容器相邻的至少第一热区和第二热区。所述第二热区可以沿着(1)所述样品保持器或(2)所述多个热区的旋转轴与所述第一热区成角度地分开。所述系统还包含控制器，所述控制器通过样品保持器或多个热区的旋转交替地并顺序地将溶液定位在所述多个热区中的每一个中，以进行所述化学或生物反应。在所述第一热区中，所述溶液在第一温度分布下进行加热或冷却，并且在所述第二热区中，所述溶液在与所述第一温度分布不同的第二温度分布下进行加热或冷却。

在一些实施方案中，所述第一热区包含使所述溶液在所述第一温度分布下经受加热或冷却的第一加热或冷却单元。在一些实施方案中，所述第一加热或冷却单元可以是红外(IR)加热单元、对流加热单元、珀尔帖(Peltier)、电阻加热单元和加热块中的一个或多个。在一些实施方案中，所述第一加热或冷却单元是冷却单元，并且可以是干燥剂、对流冷却单元和冷却块中的一个或多个。

在一些实施方案中，所述第二热区包含使所述溶液在所述第一温度分布下经受加热或冷却的第二加热或冷却单元。在一些实施方案中，所述第二加热或冷却单元可以是红外(IR)加热单元、对流加热单元、珀尔帖、电阻加热单元和加热块中的一个或多个。在一些实施方案中，所述第二加热或冷却单元是选定的冷却单元，并且可以是干燥剂、对流冷却单元和冷却块中的一个或多个。

在一些实施方案中，所述第一热区和所述第二热区被包括在支撑件上。在一些实施方案中，所述支撑件相对于所述样品保持器是可旋转的。在一些实施方案中，所述化学或生物反应包括在至少两个目标温度水平之间循环所述生物样品。在一些实施方案中，所述溶液经历加热，而在所述第二热区中，所述溶液经历冷却，反之亦然。

在一些实施方案中，所述多个热区进一步包含与所述样品保持器相邻的第三热区。所述第三热区可以与所述第一热区和所述第二热区不同。在一些实施方案中，在所述第三热区中，所述溶液在第三温度分布下经受加热或冷却。在一些实施方案中，所述第三温度分布与所述第一温度分布和所述第二温度分布不同。在一些实施方案中，所述第三温度分布包含第三目标温度。在一些实施方案中，所述第一温度分布包含第一目标温度。在一些实施方案中，所述第二温度分布包含与所述第一目标温度不同的第二目标温度。

在一些实施方案中，所述溶液包含所述化学或生物反应所必需的试剂。在一些实施方案中，所述化学或生物反应是核酸扩增，并且所述试剂包括一种或多种引物和聚合酶。在一些实施方案中，所述核酸扩增是聚合酶链反应(PCR)。

在一些实施方案中，所述样品保持器相对于所述第一热区和所述第二热区是可旋转的。在一些实施方案中，所述第一热区和所述第二热区相对于所述溶液是可旋转的。

在一些实施方案中，所述控制器包含一个或多个计算机处理器，所述计算机处理器被单独地或共同地编程以交替地并顺序地将所述溶液定位在所述第一热区和所述第二热区中。在一些实施方案中，所述系统还包括与所述样品保持器相邻的检测器。所述检测器可以检测来自所述溶液的信号，该信号指示所述化学或生物反应，或者指示对所述生物样品进行的所述化学或生物反应的产物。在一些实施方案中，所述检测器沿所述旋转轴与所述第一热区和所述第二热区成角度地分开。在一些实施方案中，所述控制器通过所述样品保持器或所述检测器的旋转将所述溶液定位成与所述检测器传感地连通。

本公开内容的另一方面提供了用于对生物样品进行化学或生物反应的方法。所述方法包括：(a)将包含所述生物样品的溶液放置在样品保持器中，其中所述样品保持器在所述化学或生物反应期间保持所述溶液，其中所述样品保持器与包括至少第一热区和第二热区的多个热区相邻安置，并且其中所述第二热区沿着(1)所述样品保持器或(2)所述多个热区的旋转轴与所述第一热区成角度地分开。所述方法还包括：(b)通过所述样品保持器或所述多个热区的旋转交替地并顺序地将所述溶液定位在所述多个热区中的每一个中，以对所述生物样品进行所述化学或生物反应，其中(i)在所述第一热区中，所述溶液在第一温度分布下进行加热或冷却，并且(ii)在所述第二热区中，所述溶液在与所述第一温度分布不同的第二温度分布下进行加热或冷却。

在一些实施方案中，(b)包括将所述溶液定位在所述第一热区中，并且随后将所述溶液定位在所述第二热区中。在一些实施方案中，所述方法进一步包括在将所述溶液定位在所述第二热区中之后将所述溶液定位在所述第一热区中。在一些实施方案中，所述方法进一步包括在将所述溶液定位在所述第二热区中之后将所述溶液定位在所述多个热区的第三热区中。所述第三热区可以与所述第一热区和所述第二热区不同。

在一些实施方案中，(b)包括将所述溶液定位在所述第一热区中，并且随后将所述溶液定位在所述多个热区的第三热区中，所述第三热区与所述第二热区不同。在一些实施方案中，所述方法进一步包括在将所述溶液定位在所述第三热区中之后将所述溶液定位在所述第二热区中。在一些实施方案中，在所述第一热区中，所述溶液经历冷却，而在所述第二热区中，所述溶液经历加热，反之亦然。在一些实施方案中，所述第一温度分布包含第一目标温度。在一些实施方案中，所述第二温度分布包含与所述第一目标温度不同的第二目标温度。

在一些实施方案中，所述溶液包含所述化学或生物反应所必需的试剂。在一些实施方案中，所述化学或生物反应是核酸扩增，并且所述试剂包括一种或多种引物和聚合酶。在一些实施方案中，所述核酸扩增是聚合酶链反应(PCR)。

在一些实施方案中，所述样品保持器相对于所述第一热区和所述第二热区是可旋转的。在一些实施方案中，在(b)中，所述样品保持器将所述溶液从所述第一热区旋转到所述第二热区，使得所述溶液与所述第二热区热连通。在一些实施方案中，所述第一热区和所述第二热区相对于所述溶液是可旋转的。在一些实施方案中，在(b)中，所述第二热区旋转并与所述溶液热连通。

在一些实施方案中，所述方法进一步包括将所述溶液定位成与同所述样品保持器相邻的检测器传感地连通(in sensing communication with)。所述检测器可以检测来自所述溶液的信号，该信号指示所述化学或生物反应，或者对所述生物样品进行的所述化学或生物反应的产物。在一些实施方案中，所述检测器沿所述旋转轴与所述第一热区和所述第二热区成角度地分开。在一些实施方案中，通过所述样品保持器或所述检测器的旋转将所述溶液定位成与所述检测器传感地连通。

本公开内容的另一方面提供了用于产生至少一个包含用于化学或生物反应的生物样品的小液滴的装置。所述装置包含第一室和至少一个与所述第一流体容积(fluidvolume)流体连通的第一流体流动端口。所述第一流体容积保持含有用于所述化学或生物反应的所述生物样品的水溶液。所述装置还包含第二室和至少一个与所述第二流体容积流体连通的第二流体流动端口。所述第二室至少部分地围绕所述第一室，所述第二流体容积保持与所述水溶液不混溶的连续流体(continuous fluid)，并且其中所述第二室相对于所述第一室是可旋转的，反之亦然。在使用期间，所述第一室或所述第二室的旋转使所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口对准，以使包含所述生物样品的所述水溶液经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动，以在所述水溶液接触所述连续流体后产生所述至少一个小液滴，所述至少一个小液滴包含所述生物样品或所述生物样品的一部分。

在一些实施方案中，所述至少一个第一流体流动端口和/或所述至少一个第二流体流动端口的尺寸被设置成使得所述至少一个小液滴具有预定的特征性大小和/或形状。在一些实施方案中，所述第二室相对于所述第一室是可旋转的。在一些实施方案中，所述第一室相对于所述第二室是可旋转的。在一些实施方案中，在所述第一室或所述第二室旋转后，所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口选择性地对准。

在一些实施方案中，所述至少一个小液滴包括多个小液滴。在一些实施方案中，所述多个小液滴中的每一个包含所述生物样品或所述生物样品的一部分。在一些实施方案中，所述第一室和/或所述第二室是圆柱形的。在一些实施方案中，所述至少一个第一流体流动端口包括多个第一流体流动端口。在一些实施方案中，在所述第一室或所述第二室旋转后，所述多个第一流体流动端口与所述至少一个第二流体流动端口对准。在一些实施方案中，所述至少一个第二流体流动端口包括多个第二流体流动端口。在一些实施方案中，在所述第一室或所述第二室旋转后，所述多个第二流体流动端口与所述至少一个第一流体流动端口对准。

在一些实施方案中，所述第一流体容积与正压源流体连通，当所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口对准时，所述正压源使所述水溶液经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动，以在与所述连续流体接触后产生所述一个或多个小液滴。在一些实施方案中，所述正压源使所述第一室或所述第二室经历旋转。在一些实施方案中，所述正压源是压缩机或柱塞。在一些实施方案中，所述正压源是柱塞，所述柱塞可由用户和/或机械单元致动以产生正压。在一些实施方案中，所述第二流体容积与负压源流体连通，当所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口对准时，所述负压源使所述水溶液经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动，以在与所述连续流体接触后产生所述一个或多个小液滴。

在一些实施方案中，所述连续流体包含油，诸如含氟油(例如，氟代烃油)。在一些实施方案中，所述连续流体包含表面活性剂。在一些实施方案中，所述第二室完全围绕所述第一室。在一些实施方案中，所述水溶液包含所述化学或生物反应所必需的试剂。在一些实施方案中，所述化学或生物反应是核酸扩增，并且所述试剂包括一种或多种引物和聚合酶。在一些实施方案中，所述核酸扩增是聚合酶链反应(PCR)。

在一些实施方案中，所述第二室包含内分区和围绕所述内分区的外分区。所述内分区和所述外分区至少部分地限定所述第二流体容积，并且所述内分区可与所述第一室相邻。在一些实施方案中，所述内分区与所述第一室接触。在一些实施方案中，所述装置还包含在所述第一室与所述内分区之间的流体流动路径。

在一些实施方案中，在所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口没有对准的情况下，所述水溶液不经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动。在一些实施方案中，所述至少一个小液滴具有至少部分地取决于所述第一室或所述第二室的旋转速率的大小。

在另一个方面，本公开内容提供了用于产生至少一个包含用于化学或生物反应的生物样品的小液滴的方法。所述方法包括：(a)启动装置，所述装置包含(1)第一室，所述第一室包含第一流体容积和与所述第一流体容积流体连通的至少一个第一流体流动端口，其中所述第一流体容积包含含有用于所述化学或生物反应的所述生物样品的水溶液；以及(2)第二室，所述第二室包含第二流体容积和与所述第二流体容积流体连通的至少一个第二流体流动端口，其中所述第二室至少部分地围绕所述第一室，其中所述第二流体容积保持与所述水溶液不混溶的连续流体，并且其中所述第二室相对于所述第一室是可旋转的，反之亦然。所述方法还包括：(b)旋转所述第一室或所述第二室以使所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口对准，以使包含所述生物样品的所述水溶液经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动，以在所述水溶液接触所述连续流体后产生所述至少一个小液滴，所述至少一个小液滴包含所述生物样品或所述生物样品的一部分。

在一些实施方案中，所述启动包括将包含所述生物样品的所述水溶液放置在所述第一流体容积中。在一些实施方案中，所述至少一个第一流体流动端口和/或所述至少一个第二流体流动端口的尺寸被设置成使得所述至少一个小液滴具有预定的特征性大小和/或形状。在一些实施方案中，(b)中的旋转包括使所述第二室相对于所述第一室旋转。在一些实施方案中，(b)中的旋转包括使所述第一室相对于所述第二室旋转。

在一些实施方案中，在所述第一室或所述第二室旋转后，所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口选择性地对准。在一些实施方案中，所述至少一个小液滴包括多个小液滴。在一些实施方案中，所述多个小液滴中的每一个包含所述生物样品或所述生物样品的一部分。在一些实施方案中，所述第一室和/或所述第二室是圆柱形的。

在一些实施方案中，所述至少一个第一流体流动端口包括多个第一流体流动端口。在一些实施方案中，在所述第一室或所述第二室旋转后，所述多个第一流体流动端口与所述至少一个第二流体流动端口对准。在一些实施方案中，所述至少一个第二流体流动端口包括多个第二流体流动端口。在一些实施方案中，在所述第一室或所述第二室旋转后，所述多个第二流体流动端口与所述至少一个第一流体流动端口对准。

在一些实施方案中，所述第一流体容积与正压源流体连通，当所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口对准时，所述正压源使所述水溶液经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动，以在与所述连续流体接触后产生所述一个或多个小液滴。在一些实施方案中，所述正压源使所述第一室或所述第二室经历旋转。在一些实施方案中，所述正压源是压缩机或柱塞。柱塞可由用户和/或机械单元致动以产生正压。在一些实施方案中，所述第二流体容积与负压源流体连通，当所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口对准时，所述负压源使所述水溶液经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动，以在与所述连续流体接触后产生所述一个或多个小液滴。

在一些实施方案中，所述连续流体包含油，诸如含氟油(例如，氟代烃油)。在一些实施方案中，所述连续流体进一步包含表面活性剂。在一些实施方案中，所述第二室完全围绕所述第一室。在一些实施方案中，所述水溶液包含所述化学或生物反应所必需的试剂。在一些实施方案中，所述化学或生物反应是核酸扩增，并且所述试剂包括一种或多种引物和聚合酶。在一些实施方案中，所述核酸扩增是聚合酶链反应(PCR)。

在一些实施方案中，所述第二室包含内分区和围绕所述内分区的外分区。所述内分区和所述外分区至少部分地限定所述第二流体容积，并且所述内分区与所述第一室相邻。在一些实施方案中，所述内分区与所述第一室接触。在一些实施方案中，所述装置包含在所述第一室与所述内分区之间的流体流动路径。在一些实施方案中，在所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口没有对准的情况下，所述水溶液不经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动。在一些实施方案中，所述至少一个小液滴具有至少部分地取决于所述第一室或所述第二室的旋转速率的大小。

本公开内容的另一方面提供了用于在核酸扩增反应期间冷却包含核酸样品的溶液的装置。所述装置包含：第一室，所述第一室包含相变温度在约-100℃至50℃范围内的传热材料；以及第二室，所述第二室包含具有传热表面的基底。所述第二室与所述第一室流体隔离，并且所述传热表面在所述核酸扩增反应期间与包含所述核酸样品的所述溶液热连通。所述装置还包含控制单元，所述控制单元根据至少部分地取决于所述核酸扩增反应的持续时间的时间设置(timing)使所述第二室与所述第一室流体连通。当所述第二室与所述第一室流体连通时，所述传热材料可经历相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

在一些实施方案中，所述传热表面通过至少一种传热介质间接与所述溶液热连通。在一些实施方案中，所述至少一种传热介质是冷却流体。在一些实施方案中，所述传热表面直接与所述溶液热连通。

在一些实施方案中，所述装置进一步包含在所述第一室与所述第二室之间的密封件。所述密封件(i)当处于闭合配置时将所述第二室与所述第一室隔离，并且(ii)当处于打开配置时使所述第二室与所述第一室流体连通。在一些实施方案中，在使用期间，(i)将所述密封件从所述闭合配置致动到所述打开配置，以使所述第一室与所述第二室流体连通，并且(ii)所述传热材料经历相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。在一些实施方案中，在使用期间，使所述传热材料经历从所述第一室向所述第二室的流动，以与所述传热表面接触，并且在与所述传热表面接触后，所述传热材料经历所述相变以产生蒸汽，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。在一些实施方案中，所述密封件是所述第一室与所述第二室之间的流体流动路径的一部分。在一些实施方案中，所述密封件通过刺穿从所述闭合配置致动到所述打开配置。在一些实施方案中，所述密封件是所述第一室与所述第二室之间的阀门的一部分。所述密封件可以通过打开所述阀门从所述闭合配置致动到所述打开配置。

在一些实施方案中，所述传热材料是传热液体。在一些实施方案中，在使用期间，使所述传热液体经历从所述第一室向所述第二室的流动，以与所述传热表面接触。在一些实施方案中，所述传热液体包括水。在一些实施方案中，所述传热液体包括醇，诸如异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。在一些实施方案中，所述传热材料包括至少3kPa的蒸汽压。在一些实施方案中，所述传热材料包含碳骨架(carbon backbone)。在一些实施方案中，所述碳骨架包含至多七个碳原子。

在一些实施方案中，所述装置进一步包含通过所述第二室与第三室之间的至少一个流体流动路径与所述第二室流体连通的第三室。所述第三室可以接收在所述传热材料经历所述相变时产生的蒸汽。在一些实施方案中，所述第三室包含捕获所述蒸汽的捕获材料。在一些实施方案中，所述捕获材料包括吸湿性材料。在一些实施方案中，所述捕获材料包括干燥剂。

在一些实施方案中，所述第三室与吸取所述蒸汽的泵流体连通。在一些实施方案中，所述第三室与流体流动单元流体连通，所述流体流动单元使所述蒸汽经历从所述第三室向蒸汽存储器的流动。在一些实施方案中，所述流体流动单元包括风扇、压缩机和/或泵。在一些实施方案中，所述基底包含额外的传热表面。在使用期间，冷却流体可以与所述额外的传热表面接触，以使所述冷却流体经受冷却。在一些实施方案中，所述控制单元包含一个或多个计算机处理器，所述计算机处理器被单独地或共同地编程以使所述第二室根据所述时间设置与所述第一室流体连通。

本公开内容的另一方面提供了用于在核酸扩增反应期间冷却包含核酸样品的溶液的装置。所述装置包含：第一室，所述第一室包含传热材料；以及第二室，所述第二室包含具有传热表面的基底。所述第二室可以与所述第一室流体隔离，并且所述传热表面在所述核酸扩增反应期间可以与包含所述核酸样品的所述溶液热连通。所述装置进一步包含在所述第一室与所述第二室之间的密封件，所述密封件(i)当处于闭合配置时将所述第二室与所述第一室隔离，并且(ii)当处于打开配置时使所述第二室与所述第一室流体连通。在使用期间，将所述密封件从所述闭合配置致动到所述打开配置，以使所述第一室与所述第二室流体连通。在所述打开配置下，所述传热材料经历相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

在一些实施方案中，所述传热表面通过至少一种传热介质间接与所述溶液热连通。在一些实施方案中，所述至少一种传热介质是冷却流体。在一些实施方案中，所述传热表面直接与所述溶液热连通。在一些实施方案中，在使用期间，所述传热材料经历从所述第一室向所述第二室的流动，以与所述传热表面接触，并且在与所述传热表面接触后，所述传热材料经历所述相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能。

在一些实施方案中，所述密封件是所述第一室与所述第二室之间的流体流动路径的一部分。在一些实施方案中，所述密封件通过刺穿从所述闭合配置致动到所述打开配置。在一些实施方案中，所述密封件是所述第一室与所述第二室之间的阀门的一部分。所述密封件可以通过打开所述阀门从所述闭合配置致动到所述打开配置。

在一些实施方案中，所述传热材料是传热液体。在一些实施方案中，所述装置进一步包含通过所述第二室与第三室之间的至少一个流体流动路径与所述第二室流体连通的第三室。所述第三室可以接收在所述传热材料经历所述相变时产生的蒸汽。在一些实施方案中，所述第三室包含捕获所述蒸汽的捕获材料。所述捕获材料可以包括吸湿性材料和/或可以包括干燥剂。在一些实施方案中，所述基底包含额外的传热表面。在使用期间，冷却流体可以与所述额外的传热表面接触，以使所述冷却流体经受冷却。

本公开内容的另一方面提供了用于在核酸扩增反应期间冷却包含核酸样品的溶液的方法。所述方法包括：(a)启动热交换装置，该热交换装置包含(1)第一室，所述第一室包含相变温度在约-100℃至50℃范围内的传热材料；以及(2)第二室，所述第二室包含具有传热表面的基底。所述第二室可以与所述第一室流体隔离，并且所述传热表面在所述核酸扩增反应期间与包含所述核酸样品的溶液热连通。所述方法还包括：(b)根据至少部分地取决于所述核酸扩增的持续时间的时间设置使所述第二室与所述第一室流体连通。当所述第二室与所述第一室流体连通时，所述传热材料可经历相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

在一些实施方案中，所述方法进一步包括(c)使用沿所述传热表面从所述基底吸取的热能使所述溶液经受冷却。在一些实施方案中，所述传热表面通过至少一种传热介质间接与所述溶液热连通。在一些实施方案中，所述至少一种传热介质是冷却流体。在一些实施方案中，所述传热表面直接与所述溶液热连通。

在一些实施方案中，所述装置包含在所述第一室与所述第二室之间的密封件，所述密封件(i)当处于闭合配置时将所述第二室与所述第一室隔离，并且(ii)当处于打开配置时使所述第二室与所述第一室流体连通。在一些实施方案中，(b)包括将所述密封件从所述闭合配置致动到所述打开配置，以使所述第一室与所述第二室流体连通。当所述密封件处于打开配置时，所述传热材料经历相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。在一些实施方案中，(b)包括使所述传热材料经历从所述第一室向所述第二室的流动，以与所述传热表面接触。在与所述传热表面接触后，所述传热材料经历所述相变以产生蒸汽。在一些实施方案中，所述密封件是所述第一室与所述第二室之间的流体流动路径的一部分。在一些实施方案中，所述密封件通过刺穿从所述闭合配置致动到所述打开配置。在一些实施方案中，所述密封件是所述第一室与所述第二室之间的阀门的一部分。所述密封件可以通过打开所述阀门从所述闭合配置致动到所述打开配置。

在一些实施方案中，所述传热材料是传热液体。在一些实施方案中，(b)包括使所述传热液体经历从所述第一室向所述第二室的流动，以与所述传热表面接触。在一些实施方案中，所述传热液体包括水。在一些实施方案中，所述传热液体包括醇。在一些实施方案中，所述醇包括异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。在一些实施方案中，所述传热材料包括至少3kPa的蒸汽压。在一些实施方案中，所述传热材料包含碳骨架。在一些实施方案中，所述碳骨架包含至多七个碳原子。

在一些实施方案中，所述装置进一步包含通过所述第二室与第三室之间的至少一个流体流动路径与所述第二室流体连通的第三室。所述第三室可以接收在所述传热材料经历所述相变时产生的蒸汽。在一些实施方案中，所述第三室包含捕获所述蒸汽的捕获材料。在一些实施方案中，所述捕获材料包括吸湿性材料。在一些实施方案中，所述捕获材料是干燥剂。在一些实施方案中，所述启动包括在(b)之前在所述第三室中提供所述捕获材料。

在一些实施方案中，所述第三室与吸取所述蒸汽的泵流体连通。在一些实施方案中，所述第三室与流体流动单元流体连通，所述流体流动单元使所述蒸汽经历从所述第三室向蒸汽存储器的流动。在一些实施方案中，所述流体流动单元包括风扇、压缩机和/或泵。在一些实施方案中，所述基底包含额外的传热表面。在一些实施方案中，所述方法进一步包括使冷却流体与所述额外的传热表面接触，以使所述冷却流体经受冷却。在一些实施方案中，所述冷却流体包括水或醇。在一些实施方案中，所述方法进一步包括使用所述冷却流体来冷却包含所述溶液的反应管。在一些实施方案中，(a)中的启动包括在所述第一室中提供所述传热材料。在一些实施方案中，(a)中的启动包括使所述第二室与所述第一室流体连通。

本公开内容的另一方面提供了用于在核酸扩增反应期间冷却包含核酸样品的溶液的方法。所述方法包括：(a)启动热交换装置，其包含：(1)第一室，所述第一室包含传热材料；(2)第二室，所述第二室包含具有传热表面的基底，其中所述第二室与所述第一室流体隔离，并且其中所述传热表面在所述核酸扩增反应期间与包含所述核酸样品的所述溶液热连通；以及(3)在所述第一室与所述第二室之间的密封件，所述密封件(i)当处于闭合配置时将所述第二室与所述第一室隔离，并且(ii)当处于打开配置时使所述第二室与所述第一室流体连通。所述方法还包括：(b)将所述密封件从所述闭合配置致动到所述打开配置，以使所述第一室与所述第二室流体连通。在所述打开配置下，所述传热材料经历相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

在一些实施方案中，所述方法进一步包括(c)使用沿所述传热表面从所述基底吸取的热能使所述溶液经受冷却。在一些实施方案中，所述传热表面通过至少一种传热介质间接与所述溶液热连通。在一些实施方案中，所述传热表面直接与所述溶液热连通。在一些实施方案中，所述传热材料是传热液体。在一些实施方案中，(b)包括使所述传热液体经历从所述第一室向所述第二室的流动，以与所述传热表面接触。在一些实施方案中，所述装置进一步包含通过所述第二室与第三室之间的至少一个流体流动路径与所述第二室流体连通的第三室。所述第三室可以接收在所述传热材料经历所述相变时产生的蒸汽。

在一些实施方案中，所述第三室包含捕获所述蒸汽的捕获材料。在一些实施方案中，所述捕获材料包括吸湿性材料。在一些实施方案中，所述捕获材料是干燥剂。在一些实施方案中，所述启动包括在(b)之前在所述第三室中提供所述捕获材料。在一些实施方案中，所述基底包含额外的传热表面。在一些实施方案中，所述方法进一步包括使冷却流体与所述额外的传热表面接触，以使所述冷却流体经受冷却。在一些实施方案中，所述方法进一步包括使用所述冷却流体来冷却包含所述溶液的反应管。在一些实施方案中，(a)中的启动包括在所述第一室中提供所述传热材料。在一些实施方案中，(a)中的启动包括使所述第二室与所述第一室流体连通。

基于仅示出和描述了本发明的说明性实施方案的以下详述，本发明的其他方面和优点将变得对本领域技术人员而言显而易见。将会认识到，本发明能够包括其他不同的实施方案，并且能够在各个明显的方面对其若干细节进行更改，所有这些均不背离本公开内容。相应地，附图和说明书将被视为在本质上是说明性的而非限制性的。

援引并入

本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请均通过引用而并入本文，其程度犹如特别地且单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请通过引用而并入。

附图说明

本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体阐述。通过参考以下对其中利用到本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详述和附图(本文中也称为“图”)，将会获得对本发明的特征和优点的更好的理解，在这些附图中：

图1示出了用于产生小液滴的示例性装置；

图2示出了用于产生小液滴的示例性装置的一部分的放大视图；

图3示出了用于流体冷却的示例性装置；

图4示出了用于冷却的示例性系统；

图5示出了用于流体冷却的示例性系统；

图6示出了具有可旋转热区的示例性核酸扩增系统；

图7示出了具有可旋转热区的示例性核酸扩增系统；

图8A和8B示出了具有可旋转热区的示例性核酸扩增系统；以及

图9示出了被编程或以其他方式配置用于实现本文提供的方法的示例性计算机控制系统。

具体实施方式

尽管本文中已经示出并描述了本发明的多个实施方案，但对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。本领域技术人员在不背离本发明的情况下可想到多种变化、改变和替代。应当理解，可以使用本文所述的本发明实施方案的各种替代方案。

如在本说明书和权利要求书中所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”包括复数的引用物，除非上下文另有明确说明。例如，术语“一个分子”包括多个分子，包括其混合物。

如本文所用的，术语“扩增(amplifying)”和“扩增(amplification)”可互换使用，并且通常指生成核酸的一个或多个拷贝或“扩增产物”。术语“DNA扩增”通常指生成DNA分子的一个或多个拷贝或“扩增的DNA产物”。术语“逆转录扩增”通常指经逆转录酶的作用从核糖核酸(RNA)模板生成脱氧核糖核酸(DNA)。

如本文所用的，术语“变性(denaturing)”和“变性(denaturation)”可互换使用，并且通常指双链核酸的螺旋结构的完全或部分解旋，并且在一些实施方案中指单链核酸的二级结构的解旋。变性可包括病原体细胞壁或病毒外壳的失活，以及抑制剂蛋白质的失活。可发生变性的条件包括“变性温度”和“变性持续时间”，“变性温度”通常指允许发生变性的温度，“变性持续时间”通常指为发生变性而分配的时间量。

如本文所用的，术语“延伸(elongation)”通常指以模板引导的方式将核苷酸掺入核酸。延伸可借助于诸如聚合酶或逆转录酶的酶而发生。可发生延伸的条件包括“延伸温度”和“延伸持续时间”，“延伸温度”通常指允许发生延伸的温度，“延伸持续时间”通常指为发生延伸而分配的时间量。

如本文所用的，术语“核酸”通常指任何长度的核苷酸(脱氧核糖核苷酸(dNTP)或核糖核苷酸(rNTP))或其类似物的聚合形式。核酸可具有任何三维结构，并且可执行任何已知或未知的功能。核酸的非限制性实例包括DNA、RNA、基因或基因片段的编码区或非编码区、由连锁分析确定的一个或多个基因座、外显子、内含子、信使RNA(mRNA)、转移RNA、核糖体RNA、短干扰RNA(siRNA)、短发夹RNA(shRNA)、微小RNA(miRNA)、核酶、cDNA、重组核酸、分支核酸、质粒、载体、分离的任意序列的DNA、分离的任意序列的RNA、核酸探针和引物。核酸可包含一种或多种修饰的核苷酸，如甲基化核苷酸和核苷酸类似物。如果存在的话，对核苷酸结构的修饰可以在核酸组装之前或之后进行。核酸的核苷酸序列可被非核苷酸组分中断。核酸可在聚合后进一步修饰，例如通过与报告剂偶联或结合。

如本文所用的，术语“引物延伸反应”通常指双链核酸变性，引物与变性的核酸的一条或两条链结合，随后引物延长。

如本文所使用的，术语“反应混合物”通常指包含对于完成核酸扩增(例如，DNA扩增、RNA扩增)所必需的试剂的组合物，此类试剂的非限制性实例包括对靶RNA或靶DNA具有特异性的引物组、由RNA的逆转录产生的DNA、DNA聚合酶、逆转录酶(例如，用于RNA的逆转录)、合适的缓冲液(包括两性离子缓冲液)、辅因子(例如，二价和一价阳离子)、dNTP和其他酶(例如，尿嘧啶-DNA糖基化酶(UNG)等)。在一些实施方案中，反应混合物还可包含一种或多种报告剂。

如本文所用的，“报告剂”通常指产生可检测信号的组合物，该信号的存在或不存在可用于检测扩增产物是否存在。

如本文所用的，术语“靶核酸”通常指在核酸分子的起始群体中的、具有某种核苷酸序列的核酸分子，其存在、量和/或序列或者其中一项或多项的变化需要进行测定。靶核酸可以是任何类型的核酸，包括DNA、RNA和它们的类似物。如本文所用的，“靶核糖核酸(RNA)”通常指作为RNA的靶核酸。如本文所用的，“靶脱氧核糖核酸(DNA)”通常指作为DNA的靶核酸。

如本文所用的，术语“受试者”通常指具有可测试或可检测的遗传信息的实体或介质。受试者可以是人或个体。受试者可以是脊椎动物，例如哺乳动物。哺乳动物的非限制性实例包括鼠、猿猴、人、家畜、竞技动物(sport animal)和宠物。受试者的其他实例包括，例如，食物、植物、土壤和水。

如本文所用的，术语“流体”通常指液体或气体。流体不能保持确定的形状，并且将会在可观察的时间范围内流动以填充放置其的容器。因此，流体可具有允许流动的任何合适的粘度。如果存在两种或更多种流体，则每种流体可从基本上任意流体(液体、气体等)中独立地选择。

如本文所用的，术语“水性流体”通常指由水制成的流体，或含有水的流体。例如，水性流体可以是以水为溶剂的水溶液。本公开内容的水性流体可包含进行所需化学反应例如聚合酶链反应(PCR)所必需的试剂。水性流体的非限制性实例包括但不限于水和其他包含水的水溶液，如细胞或生物介质、乙醇、盐溶液等。

如本文所用的，术语“连续流体”通常指形成连续流动的液体。连续流体可以是与水溶液不混溶的流体。例如，连续流体可以是由除水以外的液体制成的非水性流体，以除水之外的液体制成的非水流体，或者使用除水之外的液体制成的非水性流体。连续流体的非限制性实例包括但不限于油，诸如烃、硅油、含氟油(例如，氟代烃油)、有机溶剂等。

如本文所用的，术语“通道”通常指约束和/或引导流体流动的路径。本公开内容的通道可以是任何合适的长度。通道可以是直的、基本上直的，或者它可以包含一个或多个曲线、弯曲等。例如，通道可以具有蛇形或螺旋形配置。在一些实施方案中，通道包括一个或多个分支，一些或全部分支与一个或多个其他通道连接。

如本文所用的，通道的“横截面尺寸”可以相对于通道内的流体流动的总体方向垂直地测量。

如本文所用的，术语“小液滴”通常指被第二流体(例如，连续流体)包围的第一流体(例如，水性流体)的隔离部分。乳液可包括第一流体(例如，液体)的小液滴在第二流体中的分散体。第一流体可以与第二流体不混溶。在一些实施方案中，第一流体和第二流体基本不混溶。本公开内容的小液滴可以是球形的或呈现其他形状，例如，具有椭圆形横截面的形状。在非球形小液滴中，小液滴的直径是具有与该非球形小液滴相同的体积的完美数学球体的直径。小液滴可包含表层(skin)。该表层可在加热该小液滴时形成。该表层可具有比小液滴内部更高的粘度。在一些实施方案中，该表层可阻止小液滴与其他小液滴融合。

如本文所用的，术语“样品”通常指含有或疑似含有核酸分子的任何样品。例如，受试者样品可以是含有一种或多种核酸分子的生物样品。该生物样品可从受试者的身体样品获得(例如，提取或分离)，该身体样品可选自血液(例如，全血)、血浆、血清、尿液、唾液、粘膜分泌物、痰、粪便和泪液。该身体样品可以是受试者的体液或组织样品(例如，皮肤样品)。在一些示例中，该样品获自受试者的无细胞体液，如全血。在这样的情况下，该样品可包含无细胞DNA和/或无细胞RNA。在一些其他示例中，该样品是环境样品(例如，土壤、废物、环境空气等)、工业样品(例如，来自任何工业过程的样品)和食物样品(例如，奶制品、植物产品和肉制品)。

在一些实施方案中，直接从受试者获得样品而无需进一步处理。在一些实施方案中，在生物或化学反应(例如，核酸扩增)之前处理样品。例如，可以在添加生物样品和核酸扩增所必需的试剂之前将裂解剂添加到样品保持器中。裂解剂的实例包括Tris-HCl、EDTA、去污剂(例如，Triton X-100、SDS)、溶菌酶、葡萄糖酶(glucolase)、蛋白酶E、病毒内溶素、外溶素(exolysin)、消解酶(zymolose)、溶细胞酶(Iyticase)、蛋白酶K、来自噬菌体的内溶素和外溶素、来自噬菌体PM2的内溶素、来自枯草芽孢杆菌(B.subtilis)噬菌体PBSX的内溶素、来自乳杆菌原噬菌体Lj928、Lj965、噬菌体15Phiadh的内溶素、来自肺炎链球菌噬菌体Cp-I的内溶素、无乳链球菌噬菌体B30的双功能肽聚糖溶素、来自原噬菌体细菌的内溶素和外溶素、来自李斯特菌(Listeria)噬菌体的内溶素、穴蛋白(holin)-内溶素、细胞20裂解基因、holWMY沃氏葡萄球菌(Staphylococcus wameri)M噬菌体varphiWMY、沃氏葡萄球菌M噬菌体varphiWMY的Iy5WMY、吐温20、PEG、KOH、NaCl及其组合。在一些实施方案中，裂解剂是氢氧化钠(NaOH)。在一些实施方案中，生物样品不用去污剂处理。

在一些实施方案中，纯化样品(例如，通过过滤、离心、柱纯化和/或磁性纯化，例如，通过使用磁珠(例如，超顺磁珠))以获得纯化的核酸。

如本文所用的，术语“约”或“几乎”通常指合理的变化，例如，指定量的+/-10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％之内。

如本文所使用的，术语“过冲”通常指高于或低于目标点或区域或者指定点或区域的点或区域。在一些示例中，在加热过程中，过冲热区可以处于高于目标温度的温度下，而在冷却过程中，过冲热区可以处于低于目标温度的温度下。例如，在将溶液加热至100℃的过程中，可使用处于约140℃的温度下的过冲热区。在另一示例中，在将溶液冷却至25℃的过程中，可使用处于约0℃的温度下的过冲热区。过冲热区可以提供较大的温度下降或温度变化，这继而可以提供更大的热传递速率以在必要或需要时提供加热或冷却。

如本文所使用的，术语“热连通”通常指在其中两种或更多种材料能够彼此交换诸如热能等能量的状态。这样的能量交换可以通过能量从一种材料向另一种材料传递的方式来进行。这样的能量传递可以是辐射的、传导的或对流的热传递。所述能量可以是热能。在一些示例中，彼此热连通的两种或更多种材料彼此热接触，例如，直接物理接触或者通过一种或多种中间材料而接触。

小液滴生成

在一个方面，本公开内容的另一方面提供了用于产生至少一个包含用于化学或生物反应的生物样品的小液滴的装置。该装置可以包含第一室，该第一室包含第一流体容积和与第一流体容积流体连通的至少一个第一流体流动端口。第一流体容积可以保持含有用于化学或生物反应的生物样品的水溶液。该装置可以包含第二室，该第二室包含第二流体容积和与第二流体容积流体连通的至少一个第二流体流动端口，第二室可以至少部分地围绕第一室。在一些实施方案中，第二室完全围绕第一室。第二流体容积可以保持与水溶液不混溶的连续流体，并且第二室相对于第一室可以是可旋转的，反之亦然。在一些实施方案中，第二室相对于第一室是可旋转的。在一些实施方案中，第一室相对于第二室是可旋转的。第一室和/或第二室可以是圆柱形的。

在使用期间，第一室或第二室的旋转可以使第一流体流动端口与第二流体流动端口对准，以使包含生物样品的水溶液经历从第一流体容积向第二流体容积的流动，以在与连续流体接触后产生至少一个小液滴，并且所述至少一个小液滴可以包含生物样品或其一部分。在第一室或第二室旋转后，第一流体流动端口可以与第二流体流动端口选择性地对准。所述至少一个小液滴可以包括多个小液滴，并且所述多个小液滴中的每一个可以包含生物样品或其一部分。

在另一个方面，本公开内容提供了用于产生至少一个包含用于化学或生物反应的生物样品的小液滴的方法。该方法可包括：(a)启动装置，该装置包含(1)第一室，该第一室包含第一流体容积和与第一流体容积流体连通的至少一个第一流体流动端口，以及(2)第二室，该第二室包含第二流体容积和与第二流体容积流体连通的至少一个第二流体流动端口，第一流体容积可包含含有用于化学或生物反应的生物样品的水溶液，并且第二室可以至少部分地围绕第一室。在一些实施方案中，第二室完全围绕第一室。第二流体容积可保持与水溶液不混溶的连续流体，并且第二室相对于第一室可以是可旋转的，反之亦然。所述方法可以进一步包括(b)使第一室或第二室旋转以使第一流体流动端口与第二流体流动端口对准，以使包含生物样品的水溶液经历从第一流体容积向第二流体容积的流动，以在与连续流体接触后产生至少一个小液滴。(b)中的旋转可以包括使第二室相对于第一室旋转，或使第一室相对于第二室旋转。所述至少一个小液滴可以包含生物样品或其一部分。所述启动可以包括将所述包含生物样品的水溶液放置在第一流体容积中。

在本公开内容的多个方面，所述至少一个第一流体流动端口和/或所述至少一个第二流体流动端口的尺寸可以被设置为使得所述至少一个小液滴具有预定的特征性大小和/或形状。所述至少一个第一流体流动端口可以包括多个第一流体流动端口。在第一室或第二室旋转后，所述多个第一流体流动端口可以与所述至少一个第二流体流动端口对准。所述至少一个第二流体流动端口可以包括多个第二流体流动端口。在第一室或第二室旋转后，所述多个第二流体流动端口可以与所述至少一个第一流体流动端口对准。在一些实施方案中，第二室可以是固定的，并且第一室可以旋转以使所述至少一个第一流体流动端口与所述至少一个第二流体流动端口对准。作为替代，第一室可以是固定的，并且第二室可以旋转以使所述至少一个第二流体流动端口与所述至少一个第一流体流动端口对准。在一些实施方案中，第一室和第二室都可以沿相同方向或相反方向旋转，以使所述至少一个第一流体流动端口与所述至少一个第二流体流动端口对准。

生物样品可以是受试者的任何合适的样品。例如，生物样品可以是固体物质(例如，生物组织)或者可以是流体(例如，生物流体)。通常，生物流体可以包括与活生物体有关的任何流体。生物样品的非限制性实例包括从受试者的任何解剖学位置(例如，组织、循环系统、骨髓)获得的血液(或血液的组分，例如，白细胞、红细胞、血小板)、从受试者的任何解剖学位置获得的细胞、皮肤、心脏、肺、肾脏、呼出气、骨髓、粪便、精液、阴道液、来源于肿瘤组织的组织液、乳腺、胰腺、脑脊液、组织、咽喉拭子、活检物、胎盘液、羊水、肝脏、肌肉、平滑肌、膀胱、胆囊、结肠、肠、脑、腔液、痰、脓、微生物群(micropiota)、胎粪、乳汁、前列腺、食道、甲状腺、血清、唾液、尿液、胃液和消化液、泪液、眼部液体、汗液、粘液、耳垢、油、腺体分泌物、脊髓液、毛发、指甲、皮肤细胞、血浆、鼻拭子或鼻咽洗液、脊髓液、脐带血、重点流体(emphatic fluid)和/或其他排泄物或身体组织。

可以以多种方式从受试者获得生物样品。用于从受试者获得生物样品的方法的非限制性实例包括：进入循环系统(例如，经注射器或其他针而静脉内或动脉内进入)、收集分泌的生物样品(例如，粪便、尿液、痰液、唾液等)、外科途径(例如，活检)、擦拭(例如，口腔拭子、口咽拭子)、移液和呼气。此外，可以从所需生物样品所处的受试者的任何解剖部位来获得生物样品。

在一些实施方案中，生物样品来自受试者的基因组。在一些实施方案中，生物样品为无细胞核酸样品。例如，生物样品可为无细胞脱氧核糖核酸(DNA)或无细胞核糖核酸(RNA)。

生物样品可以直接从受试者获得。直接从受试者获得的生物样品可以是这样的生物样品：其从受试者获得后，除了用于从受试者采集生物样品以供进一步处理的任意途径之外未进行进一步处理。例如，通过以下步骤直接从受试者获得血液：进入受试者的循环系统，从受试者中取出血液(例如，通过针)，并使取出的血液进入贮器中。该贮器可包含试剂(例如，抗凝剂)，以使得血液样品可用于进一步的分析。在另一实例中，可使用拭子获取受试者的口咽表面上的上皮细胞。在从受试者获得生物样品后，可使含有生物样品的拭子与流体(例如，缓冲液)接触，以从该拭子上收集生物流体。在一些实施方案中，生物样品直接从受试者获得，并在不进行样品纯化和/或核糖核酸(RNA)提取的情况下在第一通道中提供。例如，当在第一室和/或水溶液中提供样品时，可能未从生物样品中提取该生物样品中的RNA或DNA。此外，在一些实施方案中，在将生物样品提供至水溶液和/或第一室时，存在于生物样品中的靶核酸(例如，靶RNA或靶DNA)未被浓缩。

所述至少一个小液滴可以包括多个小液滴，并且所述多个小液滴中的每一个可以包含生物样品或其一部分。

所述至少一个小液滴可以具有至少部分地取决于第一室或第二室的旋转速率的大小。小液滴形成的速率可以至少部分地取决于第一室或第二室的旋转速率。例如，当第一室或第二室的旋转速率高时，小液滴形成的速率可能高，而当第一室或第二室的旋转速率低时，小液滴形成的速率可能低。在另一个实例中，当第一室或第二室的旋转速率高时，小液滴可具有较小的大小，而当第一室或第二室的旋转速率低时，小液滴可具有较大的大小。

本公开内容的小液滴可以是被第二流体(例如，连续流体)完全包围的第一流体(例如，水溶液)的隔离部分。小液滴可以是任何合适的形状，并且它可以不必是球形的。在非球形小液滴中，小液滴的直径是具有与该非球形小液滴相同的体积的完美数学球体的直径。

当第一流体(例如，水性流体)的一部分基本上被第二流体(例如，连续流体)包围时，可以形成本公开内容的小液滴。如本文所用的，当仅通过第二流体可在第一流体周围形成闭环时，第一流体的一部分被第二流体所“包围”。如果仅通过第二流体的闭环无论在任何方向上均可围绕在第一流体周围，则第一流体的一部分被第二流体“完全包围”。如果仅通过第二流体的环可根据方向围绕在小液滴周围，则第一流体的一部分被第二流体“基本上包围”。

小液滴的平均大小可以取决于一种或多种流体的性质(例如流速、粘度)，室的大小、配置或几何形状，和/或流体流动端口的大小、配置或几何形状。

第一室可以具有适于保持包含生物样品的水溶液的任何形状和/或尺寸。例如，第一室可以是锥形、立方体、圆柱形或任何其他合适的形状。第一室的尺寸可以被设置成保持至少或约0.1微升(μl)、0.5μl、1μl、1.5μl、2μl、2.5μl、3μl、3.5μl、4μl、4.5μl、5μl、5.5μl、6μl、6.5μl、7μl、7.5μl、8μl、8.5μl、9μl、9.5μl、10μl、11μl、12μl、13μl、14μl、15μl、16μl、17μl、18μl、19μl、20μl、21μl、22μl、23μl、24μl、25μl、26μl、27μl、28μl、29μl、30μl、35μl、40μl、45μl、50μl、55μl、60μl、65μl、70μl、75μl、80μl、85μl、90μl、95μl、100μl、110μl、120μl、130μl、140μl、150μl、160μl、170μl、180μl、190μl、200μl、300μl、400μl、500μl、600μl、700μl、800μl、900μl、1000μl、2ml、3ml、4ml、5ml、6ml、7ml、8ml、9ml或更大的第一流体容积。

第一室可以包含一个或多个第一流体流动端口。所述一个或多个第一流体端口中的至少一个与第一流体容积流体连通。例如，包含生物样品的水溶液可以通过所述一个或多个第一流体流动端口流入和/或流出第一室。所述一个或多个第一流体流动端口可以具有相同或不同的形状，并且它们可以具有相同或不同的尺寸。例如，所述一个或多个第一流体流动端口中的每一个可独立地具有不大于约1毫米(mm)、不大于约800微米(μm)、不大于约600μm、不大于约500μm、不大于约400μm、不大于约300μm、不大于约250μm、不大于约200μm、不大于约100μm、不大于约75μm、不大于约50μm、不大于约25μm、不大于约10μm、不大于约5μm、不大于约4μm、不大于约3μm、不大于约2μm、不大于约1μm或更小的直径。在一些实施方案中，所述一个或多个第一流体流动端口中的每一个可独立地具有至少约1μm、至少约2μm、至少约3μm、至少约4μm、至少约5μm、至少约10μm、至少约15μm、至少约20μm、至少约25μm、至少约50μm、至少约75μm、至少约100μm、至少约200μm、至少约250μm、至少约300μm、至少约400μm、至少约500μm、至少约600μm、至少约800μm或更大的直径。在一些实施方案中，所述一个或多个第一流体流动端口中的每一个可以具有大于所述至少一个小液滴的横截面的直径。

第二室可以具有适于保持连续流体的任何形状和/或尺寸。例如，第二室可以是锥形、立方体、圆柱形或任何其他合适的形状。第二室可以至少部分地围绕第一室。在一些实施方案中，第二室完全围绕第一室。例如，第一室可以放置在第二室内。第二室的尺寸可以被设置成保持至少或约0.1μl、0.5μl、1μl、1.5μl、2μl、2.5μl、3μl、3.5μl、4μl、4.5μl、5μl、5.5μl、6μl、6.5μl、7μl、7.5μl、8μl、8.5μl、9μl、9.5μl、10μl、11μl、12μl、13μl、14μl、15μl、16μl、17μl、18μl、19μl、20μl、21μl、22μl、23μl、24μl、25μl、26μl、27μl、28μl、29μl、30μl、35μl、40μl、45μl、50μl、55μl、60μl、65μl、70μl、75μl、80μl、85μl、90μl、95μl、100μl、110μl、120μl、130μl、140μl、150μl、160μl、170μl、180μl、190μl、200μl、300μl、400μl、500μl、600μl、700μl、800μl、900μl、1000μl、2ml、3ml、4ml、5ml、6ml、7ml、8ml、9ml、10mL、11mL、12mL、13mL、14mL、15mL、16mL、17mL、18mL、19mL、20mL、25mL、30mL或更大的第二流体容积。

第二室可以包含一个或多个第二流体流动端口。所述一个或多个第二流体端口中的至少一个与第二流体容积流体连通。例如，与水溶液不混溶的连续流体可以通过所述一个或多个第二流体流动端口流入和/或流出第二室。所述一个或多个第二流体流动端口可以具有相同或不同的形状，并且它们可以具有相同或不同的尺寸。例如，所述一个或多个第二流体流动端口中的每一个可独立地具有不大于约5cm、不大于约3cm、不大于约1cm、不大于约900mm、不大于约800mm、不大于约700mm、不大于约600mm、不大于约500mm、不大于约400mm、不大于约300mm、不大于约200mm、不大于约100mm、不大于约75mm、不大于约50mm、不大于约25mm、不大于约10mm、不大于约5mm、不大于约1mm、不大于约900μm、不大于约800μm、不大于约700μm、不大于约600μm、不大于约500μm、不大于约400μm、不大于约300μm、不大于约250μm、不大于约200μm、不大于约100μm、不大于约75μm、不大于约50μm、不大于约25μm、不大于约10μm、不大于约5μm、不大于约1μm或更小的直径，在一些实施方案中，所述一个或多个第二流体流动端口中的每一个可独立地具有至少约1μm、至少约2μm、至少约3μm、至少约4μm、5μm、至少约10μm、至少约15μm、至少约20μm、至少约25μm、至少约50μm、至少约75μm、至少约100μm、至少约200μm、至少约250μm、至少约300μm、至少约400μm、至少约500μm、至少约600μm、至少约700μm、至少约800μm、至少约900μm、至少约1mm、至少约5mm、至少约10mm、至少约25mm、至少约50mm、至少约75mm、至少约100mm、至少约200mm、至少约300mm、至少约400mm、至少约500mm、至少约600mm、至少约700mm、至少约800mm、至少约900mm、至少约1cm、至少约3cm、至少约5cm或更大的直径。在一些实施方案中，所述一个或多个第二流体流动端口中的每一个可以具有大于所述至少一个小液滴的横截面的直径。

当第一流体流动端口的至少一部分定位成与第二流体流动端口的至少一部分对准时，第一流体流动端口与第二流体流动端口对准，从而使流体能够通过第一流体流动端口进入第二流体流动端口，和/或使流体能够通过第二流体流动端口进入第一流体流动端口。在一些实施方案中，第一流体流动端口可以与第二流体流动端口选择性地对准。例如，第一流体流动端口被配置成与一些第二流体流动端口对准而不与其他流体端口对准。在一些实施方案中，第一流体流动端口可以仅在一个或多个特定条件下(例如，在预定时间点、在特定压力下、当以特定速度移动时、在周期性时间点、当产生给定大小的小液滴时，等等)与第二流体流动端口对准。

第一流体容积可以与正压源流体连通，当第一流体流动端口与第二流体流动端口对准时，该正压源使水溶液经历从第一流体容积向第二流体容积的流动，以在与连续流体接触后产生一个或多个小液滴。正压源可以使第一室或第二室经历旋转。正压源可以是压缩机。其他正压源可以包括泵、重力、毛细管作用、表面张力、电渗、离心力等。在一些实施方案中，正压源是柱塞。柱塞可由用户和/或机械单元致动以产生正压。例如，用户可以直接或间接地向柱塞泵施加力以推动包含生物样品的水溶液流过柱塞泵进入第一室，用户可以施加额外的力以推动水溶液通过与第二流体流动端口适当对准的第一流体流动端口从第一室流入包含连续溶液(例如，油)的第二室，从而产生一个或多个小液滴。

第二流体容积可以与负压源流体连通，当第一流体流动端口与第二流体流动端口对准时，该负压源使水溶液经历从第一流体容积向第二流体容积的流动，以在与连续流体接触后产生一个或多个小液滴。例如，可以将真空(例如，来自真空泵或其他合适的真空源)作为负压源施加，以拉动水溶液通过与第二流体流动端口适当对准的第一流体流动端口从第一室流入第二室，从而产生一个或多个小液滴。

连续流体可以包含油。该油可以是含氟油。例如，该油可以是氟代烃油。例如，连续流体可以包括疏水性液体。疏水性液体的非限制性实例包括油，诸如烃、硅油、氟代烃油、有机溶剂等。在一些实施方案中，该油是氟化油，诸如HFE 7500、FC-40、FC-43、FC-70或其组合。

连续流体可以包含表面活性剂。该表面活性剂可包含疏水性尾基和亲水性头基、基于聚合物的尾基和亲水性头基、基于聚合物的尾基和基于聚合物的头基、氟化尾基和亲水性头基或基于聚合物的氟化尾基和基于聚合物的亲水性头基。在一些实施方案中，该表面活性剂是二嵌段共聚物或三嵌段共聚物类型的表面活性剂。在一些实施方案中，该表面活性剂是氟化表面活性剂。例如，该表面活性剂可以是嵌段共聚物，诸如由两个全氟聚醚嵌段和一个聚(乙)二醇嵌段组成的三嵌段共聚物。在一些实施方案中，该表面活性剂选自PFPE-PEG-PFPE(全氟聚醚-聚乙二醇-全氟聚醚)、三嵌段共聚物EA-表面活性剂(RainDanceTechnologies)和DMP(二吗啉代磷酸酯)-表面活性剂(Baret,Kleinschmidt等人,2009)。该表面活性剂可以以0.0001％至5％(w/w)，例如0.001％至4％(w/w)、0.01％至3％(w/w)、0.1％至2％(w/w)、0.1％至1％(w/w)的浓度存在于连续流体中。在一些实施方案中，该表面活性剂以至少约0.1％(w/w)、0.2％(w/w)、0.3％(w/w)、0.4％(w/w)、0.5％(w/w)、0.6％(w/w)、0.7％(w/w)、0.8％(w/w)、0.9％(w/w)、1.0％(w/w)、1.5％(w/w)、2.0％(w/w)、2.5％(w/w)、3.0％(w/w)、3.5％(w/w)、4.0％(w/w)、4.5％(w/w)、5.0％(w/w)或更高的浓度存在于非水性流体中。

所述水溶液可以包含化学或生物反应所必需的试剂。该化学或生物反应可以是核酸扩增，并且该试剂可以包括一种或多种引物和聚合酶。例如，该核酸扩增可以是聚合酶链反应(PCR)。

多种核酸扩增反应可用于扩增生物样品中的靶核酸并生成扩增产物。此外，核酸的扩增可以是线性的、指数式的或其组合。核酸扩增方法的非限制性实例包括逆转录、引物延伸、聚合酶链反应、连接酶链反应、解旋酶依赖的扩增(例如，在将核酸与解旋酶接触后的扩增)、非对称扩增、滚环扩增和多重置换扩增(MDA)。在一些实施方案中，扩增产物可以是DNA。在对靶RNA进行扩增的情况下，可通过RNA的逆转录来获得DNA并且可利用随后的DNA扩增来生成扩增的DNA产物。扩增的DNA产物可以指示在生物样品中存在靶RNA。在对DNA进行扩增的情况下，可以采用一种或多种DNA扩增方法。DNA扩增方法的非限制性实例包括聚合酶链反应(PCR)、PCR的变型(例如，实时PCR、等位基因特异性PCR、装配PCR、非对称PCR、数字PCR、乳液PCR、拨出PCR(dial-out PCR)、解旋酶依赖的PCR、巢式PCR、热启动PCR、反向PCR、甲基化特异性PCR、微引物PCR(miniprimer PCR)、多重PCR、巢式PCR、重叠-延伸PCR、热非对称交错PCR(thermal asymmetric interlaced PCR)、递降PCR)以及连接酶链反应(LCR)。在一些实施方案中，DNA扩增是线性的。在一些实施方案中，DNA扩增是指数式的。在一些实施方案中，DNA扩增采用巢式PCR来实现，其可改善检测扩增的DNA产物的灵敏度。

在所述多个方面的任何方面，本文所述的核酸扩增反应可平行进行。通常，平行的扩增反应是同时在同一小液滴内发生的扩增反应。平行的核酸扩增反应可以如下进行：例如，在小液滴中包括对于各个核酸扩增反应所必需的试剂以获得反应混合物，并且使该反应混合物经受对于各个核酸扩增反应所必需的条件。例如，逆转录扩增和DNA扩增可如下平行地进行：在小液滴中提供对于这两种扩增方法所必需的试剂以获得反应混合物，并使该反应混合物经受适于进行这两个扩增反应的条件。由RNA的逆转录产生的DNA可以平行地进行扩增以产生扩增的DNA产物。任何合适数目的核酸扩增反应可以平行地进行。在一些实施方案中，平行地进行至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、30、40、50、100、200、300、400、500、1000、10000个或更多个核酸扩增反应。

核酸扩增所必需的试剂可包括聚合酶和具有与靶核酸序列互补的序列的引物。

在所述多个方面的任何方面，可使用针对靶核酸的引物组来进行核酸扩增反应。引物组通常包含一种或多种引物。例如，引物组可包含约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50种或更多种引物。在一些实施方案中，引物组包含针对不同的扩增产物或不同的核酸扩增反应的引物。例如，引物组可包含第一引物和与核酸链产物互补的第二引物，第一引物是生成与靶核酸的至少一部分互补的核酸产物的第一链所必需的，第二引物是生成与核酸产物第一链的至少一部分互补的核酸产物的第二链所必需的。

例如，引物组可针对靶RNA。引物组可包含可用于生成与靶RNA的至少一部分互补的核酸产物第一链的第一引物。在逆转录反应的情况下，核酸产物的第一链可以是DNA。引物组还可包含可用于生成与核酸产物第一链的至少一部分互补的核酸产物第二链的第二引物。在与DNA扩增平行进行逆转录反应的情况下，核酸产物的第二链可以是与自RNA模板产生的DNA链互补的核酸(例如，DNA)产物的一条链。

如有需要，可使用任何合适数目的引物组。例如，可使用约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个引物组。当使用多个引物组时，一个或多个引物组可各自对应于特定的核酸扩增反应或扩增产物。

在一些实施方案中，使用DNA聚合酶。可以使用任何合适的DNA聚合酶，包括可商购的DNA聚合酶。DNA聚合酶通常指能够以模板结合的方式将核苷酸掺入到DNA链中的酶。DNA聚合酶的非限制性实例包括Taq聚合酶、Tth聚合酶、Tli聚合酶、Pfu聚合酶、VENT聚合酶、DEEPVENT聚合酶、EX-Taq聚合酶、LA-Taq聚合酶、Expand聚合酶、Sso聚合酶、Poc聚合酶、Pab聚合酶、Mth聚合酶、Pho聚合酶、ES4聚合酶、Tru聚合酶、Tac聚合酶、Tne聚合酶、Tma聚合酶、Tih聚合酶、Tfi聚合酶、Platinum Taq聚合酶、Hi-Fi聚合酶、Tbr聚合酶、Tfl聚合酶、Pfutubo聚合酶、Pyrobest聚合酶、Pwo聚合酶、KOD聚合酶、Bst聚合酶、Sac聚合酶、Klenow片段，以及它们的变体、修饰产物和衍生物。对于某种热启动聚合酶，可能需要在约92℃至95℃(例如，约94℃至95℃)的温度下持续约2分钟至10分钟时间段的变性步骤，这根据不同的聚合酶可能会改变热分布。

在一些实施方案中，使用逆转录酶。可以使用任何合适的逆转录酶。逆转录酶通常是指在与RNA模板结合时能够将核苷酸掺入到DNA链中的酶。逆转录酶的非限制性实例包括HIV-1逆转录酶、M-MLV逆转录酶、AMV逆转录酶、端粒酶逆转录酶，以及它们的变体、修饰的产物和衍生物。

靶核酸序列可与疾病相关。该疾病可与病毒如RNA病毒或DNA病毒相关。在一些实施方案中，该病毒可选自人免疫缺陷病毒I(HIV I)、人免疫缺陷病毒II(HIV II)、正粘病毒、埃博拉病毒、登革病毒、流感病毒、肝炎病毒、甲型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、丁型肝炎病毒、戊型肝炎病毒、庚型肝炎病毒、EB病毒、单核细胞增多症病毒、巨细胞病毒、SARS病毒、西尼罗热病毒、脊髓灰质炎病毒、麻疹病毒、单纯疱疹病毒、天花病毒、腺病毒和水痘病毒。在一些实施方案中，该流感病毒选自H1N1病毒、H3N2病毒、H7N9病毒和H5N1病毒。在一些实施方案中，该腺病毒为55型腺病毒(ADV55)或7型腺病毒(ADV7)。在一些实施方案中，该丙型肝炎病毒为具甲的RNA-丙型肝炎病毒(RNA-HCV)。在一些实施方案中，该疾病与致病细菌(例如，结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis))或致病原生动物(例如，疟原虫(Plasmodium))相关。

在一些实施方案中，所述疾病为癌症。癌症的非限制性实例包括结直肠癌、膀胱癌、卵巢癌、睾丸癌、乳腺癌、皮肤癌、肺癌、胰腺癌、胃癌、食管癌、脑癌、白血病、肝癌、子宫内膜癌、前列腺癌和头颈癌。

所述小液滴可以包含可检测部分，该可检测部分允许检测由生物和/或化学反应(例如，核酸扩增反应)产生的任何信号。例如，可检测部分可产生可检测信号，该可检测信号的存在或不存在指示扩增产物是否存在。可检测信号的强度可与扩增产物的量成比例。在一些实施方案中，当扩增产物由与最初扩增的靶核酸不同类型的核酸所生成时，可检测信号的强度可与最初扩增的靶核酸的量成比例。例如，在通过平行的逆转录和扩增从逆转录获得的DNA来扩增靶RNA的情况下，对于这两个反应所必需的试剂还可包括产生可检测信号的可检测部分，该可检测信号指示扩增的DNA产物和/或扩增的靶RNA的存在。可检测信号的强度可与扩增的DNA产物和/或扩增的原始靶RNA的量成比例。可检测部分的使用还使得实时扩增方法成为可能，包括用于DNA扩增的实时PCR。

可检测部分可通过共价或非共价相互作用与包括扩增产物在内的核酸相连接。非共价相互作用的非限制性实例包括离子相互作用、范德华力、疏水相互作用、氢键键合及其组合。在一些实施方案中，可检测部分与初始反应物结合，并且可检测部分水平的变化用于检测扩增产物。在一些实施方案中，可检测部分仅在核酸扩增进行时是可检测的(或不可检测的)。在一些实施方案中，光学活性染料(例如，荧光染料)用作可检测部分。染料的非限制性实例包括SYBR绿，SYBR蓝，DAPI，碘化丙锭(propidium iodine)，Hoeste，SYBR金，溴化乙锭，吖啶，原黄素，吖啶橙，吖啶黄，荧光香豆素(fluorcoumanin)，玫瑰树碱，道诺霉素，氯喹，偏端霉素D，色霉素，胡米溴铵(homidium)，光辉霉素，多吡啶钌(rutheniumpolypyridyl)，安曲霉素(anthramycin)，菲啶和吖啶，溴化乙锭，碘化丙锭，碘化己锭(hexidium iodide)，二氢乙锭，乙锭同型二聚体-1和乙锭同型二聚体-2，单叠氮化乙锭(ethidium monoazide)和ACMA，Hoechst 33258，Hoechst 33342，Hoechst 34580，DAPI，吖啶橙，7-AAD，放线菌素D，LDS751，羟茋巴脒(hydroxystilbamidine)，SYTOX蓝，SYTOX绿，SYTOX橙，POPO-1，POPO-3，YOYO-1，YOYO-3，TOTO-1，TOTO-3，JOJO-1，LOLO-1，BOBO-1，BOBO-3，PO-PRO-1，PO-PRO-3，BO-PRO-1，BO-PRO-3，TO-PRO-1，TO-PRO-3，TO-PRO-5，JO-PRO-1，LO-PRO-1，YO-PRO-1，YO-PRO-3，PicoGreen，OliGreen，RiboGreen，SYBR金，SYBR绿I，SYBR绿II，SYBR DX，SYTO-40、-41、-42、-43、-44、-45(蓝)，SYTO-13、-16、-24、-21、-23、-12、-11、-20、-22、-15、-14、-25(绿)，SYTO-81、-80、-82、-83、-84、-85(橙)，SYTO-64、-17、-59、-61、-62、-60、-63(红)，荧光素，异硫氰酸荧光素(FITC)，四甲基罗丹明异硫氰酸酯(TRITC)，罗丹明，四甲基罗丹明，R-藻红蛋白，Cy-2、Cy-3、Cy-3.5、Cy-5、Cy5.5、Cy-7，德克萨斯红(TexasRed)，Phar-Red，别藻蓝蛋白(APC)，Sybr绿I，Sybr绿II，Sybr金，CellTracker绿，7-AAD，乙锭同型二聚体I，乙锭同型二聚体II，乙锭同型二聚体III，溴化乙锭，伞形酮，曙红，绿色荧光蛋白，赤藓红，香豆素，甲基香豆素，芘，孔雀绿，茋，萤光黄，级联蓝(cascade blue)，二氯三嗪胺荧光素，丹磺酰氯，荧光镧系络合物(如那些包括铕和铽的络合物)，羧基四氯荧光素(TET)，5和/或6-羧基荧光素(FAM)，5-(或6-)碘乙酰胺基荧光素，5-{[2(和3)-5-(乙酰基巯基)-琥珀酰基]氨基}荧光素(SAMSA-荧光素)，丽丝胺罗丹明B磺酰氯，5-和/或6-羧基罗丹明(ROX)，7-氨基-甲基-香豆素，7-氨基-4-甲基香豆素-3-乙酸(AMCA)，BODIPY荧光团，8-甲氧基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐，3,6-二磺酸-4-氨基-萘二甲酰亚胺，藻胆蛋白，AlexaFluor350、405、430、488、532、546、555、568、594、610、633、635、647、660、680、700、750和790染料，DyLight 350、405、488、550、594、633、650、680、755和800染料，或其他荧光团。

在一些实施方案中，可检测部分是在与扩增产物杂交时具有光学活性的序列特异性寡核苷酸探针。由于探针与扩增产物的序列特异性结合，寡核苷酸探针的使用可提高检测的特异性和灵敏度。探针可连接至本文所述的任何光学活性可检测部分(例如，染料)，并且还可包括能够阻断相关联的染料的光学活性的猝灭剂。可用作可检测部分的探针的非限制性实例包括TaqMan探针、TaqMan Tamara探针、TaqMan MGB探针或Lion探针。

在一些实施方案中，可检测部分是RNA寡核苷酸探针，其包含相邻地位于探针上的光学活性染料(例如，荧光染料)和猝灭剂。染料与猝灭剂的紧密靠近可阻断染料的光学活性。该探针可与待扩增的靶序列结合。一旦在扩增期间DNA聚合酶的外切核酸酶活性使探针断裂，则猝灭剂与染料分离，而游离的染料重新获得其光学活性，该活性随后可被检测到。

在一些实施方案中，可检测部分是分子信标(molecular beacon)。分子信标包括，例如，在发夹构象的寡核苷酸的一端上连接的猝灭剂。在该寡核苷酸的另一端是光学活性染料，例如，荧光染料。在发夹构型中，光学活性染料和猝灭剂足够紧密地接近，使得猝灭剂能够阻断染料的光学活性。然而，一旦与扩增产物杂交，该寡核苷酸即呈线性构象并与该扩增产物上的靶序列杂交。寡核苷酸的线性化导致光学活性染料与猝灭剂的分离，从而使得光学活性恢复，并且可被检测到。分子信标对扩增产物上的靶序列的序列特异性可改善检测的特异性和灵敏度。

在一些实施方案中，可检测部分是放射性种类。放射性种类的非限制性示例包括¹⁴C、¹²³I、¹²⁴I、¹²⁵I、¹³¹I、Tc99m、³⁵S和³H。

在一些实施方案中，可检测部分是能够产生可检测信号的酶。可检测信号可通过酶对其底物或在酶具有多种底物的情况下对特定底物的活性来产生。可用作可检测部分的酶的非限制性示例包括碱性磷酸酶、辣根过氧化物酶、I2-半乳糖苷酶、碱性磷酸酶、β-半乳糖苷酶、乙酰胆碱酯酶和萤光素酶。

第二室可以包含内分区和围绕内分区的外分区。内分区和外分区可以至少部分地限定第二流体容积，并且内分区与第一室相邻。在一些实施方案中，内分区与第一室接触。

所述装置可以进一步包含在第一室与内分区之间的流体流动路径。在第一流体流动端口与第二流体流动端口没有对准的情况下，所述水溶液可以不经历从第一流体容积向第二流体容积的流动。例如，当第一流体流动端口与第二流体流动端口未对准时，所述水溶液可能不能从第一流体容积流到第二流体容积。

图1提供了用于小液滴产生的装置的实例。柱塞101与第一室102流体连通，包含生物样品的水溶液可以通过柱塞101被泵送进入第一室102。包含与该水溶液基本上不混溶的连续溶液的第二室104围绕第一室102。第一室102和第二室104各自包含数个流体流动端口，这些流体流动端口分别与第一室102或第二室104流体连通。柱塞101的致动(例如，垂直运动或旋转)可以使第一室102经历旋转，并且第一室102的旋转可以使第一室102的流体流动端口与第二室104的流体流动端口对准，从而形成对准的流体流动端口103。然后，包含生物样品的水溶液可以通过对准的流体流动端口103从第一室102流入第二室104，以在与第二室104中的连续流体接触时产生小液滴105。

第一室102可相对于第二室104旋转。作为替代，第二室104可相对于第一室102旋转。作为另一个替代，第一室102和第二室104都可以旋转。第一室102和/或第二室104的旋转使流体流动端口对准，使得水溶液可以从第一室102流动到第二室以形成一个或多个小液滴。

所述装置可以包含允许水溶液从第一室102流入第二室104的一个或多个流体流动端口。例如，所述装置可以包含至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、100、200、300、400或500个流体流动端口。流体流动端口可以具有多种配置。例如，流体流动端口可以围绕第一室104的圆周分布。流体流动端口的子集可以沿着柱塞101的纵向轴彼此顶部叠置。

第一室102和/或第二室104可以借助于一个或多个致动器如马达旋转。作为替代，第一室102和/或第二室104可以在柱塞101垂直向上和/或向下移动时旋转，这可以提供例如正压以使第一室102和/或第二室104经历旋转。例如，柱塞101的垂直移动可以减小第一室102的容积，这可以增加第一室中的压力并使第一室102经历旋转。

图2示出了用于小液滴产生的装置中流体流动端口的对准。第一室的容器壁201可以包含多个第一流体流动端口203，而第二室的容器壁202可以包含多个第二流体流动端口204。第一室沿箭头所示方向的旋转可以使第一流体流动端口203与第二流体流动端口204对准，从而允许第一室内的第一流体通过对准的流体流动端口流入第二室。

用于核酸扩增的可旋转热区

在一个方面，本公开内容提供了用于对生物样品进行化学或生物反应的系统。该系统可包含接收包含生物样品的溶液的样品保持器，该样品保持器可以在化学或生物反应期间保持该溶液。该系统可以进一步包含多个热区，该多个热区包含与样品容器相邻的至少第一热区和第二热区。第二热区可以沿着(1)样品保持器或(2)所述多个热区的旋转轴与第一热区成角度地分开。该系统还可以包含控制器，该控制器通过样品保持器或所述多个热区的旋转交替地并顺序地将所述溶液定位在所述多个热区中的每一个中，以进行所述化学或生物反应。在该过程中，(i)在第一热区中，所述溶液可以在第一温度分布下进行加热或冷却，并且(ii)在第二热区中，所述溶液可以在与第一温度分布不同的第二温度分布下进行加热或冷却。

在一些实施方案中，用户可以通过直接或间接旋转样品保持器或所述多个热区来交替地并顺序地将所述溶液定位在所述多个热区中的每一个中，以进行化学或生物反应。

第一热区可以包含使溶液在第一温度分布下经受加热或冷却的第一加热或冷却单元。第一加热或冷却单元可以是选自红外(IR)加热单元、对流加热单元、珀尔帖、电阻加热单元和加热块的加热单元。或者，第一加热或冷却单元可以是选自干燥剂、对流冷却单元和冷却块的冷却单元。

第二热区可以包含使溶液在第二温度分布下经受加热或冷却的第二加热或冷却单元。第二加热或冷却单元可以是选自红外(IR)加热单元、对流加热单元、珀尔帖、电阻加热单元和加热块的加热单元。或者，第二加热或冷却单元可以是选自干燥剂、对流冷却单元和冷却块的冷却单元。

第一热区和第二热区可以被包括在支撑件上。该支撑件相对于样品保持器可以是可旋转的。

所述化学或生物反应可以包括在至少两个目标温度水平之间循环生物样品。在第一热区中，所述溶液可以经历加热，而在第二热区中，所述溶液可以经历冷却，反之亦然。

所述多个热区可以进一步包含与样品保持器相邻的第三热区。第三热区可以与第一热区和第二热区不同。在第三热区中，所述溶液可以在第三温度分布下经受加热或冷却。第三温度分布可以与第一温度分布和第二温度分布不同。在一些实施方案中，第三热区可以与第一和/或第二热区相同。在一些实施方案中，第三温度分布可以与第一和/或第二温度分布相同。

第一温度分布可以包含第一目标温度，而第二温度分布可以包含与第一目标温度不同的第二目标温度。第三温度分布可以包含第三目标温度。

所述控制器可以包含一个或多个计算机处理器，该计算机处理器被单独地或共同地编程以交替地并顺序地将所述溶液定位在第一热区和第二热区中。

所述系统可以进一步包含与样品保持器相邻的检测器。该检测器可以检测来自所述溶液的信号，该信号指示化学或生物反应，或者对生物样品进行的化学或生物反应的产物。该检测器可以沿旋转轴与第一热区和第二热区成角度地分开。所述控制器可以通过样品保持器或检测器的旋转将溶液定位成与检测器传感地连通。

在另一个方面，本公开内容提供了用于对生物样品进行化学或生物反应的方法。该方法可以包括(a)将包含生物样品的溶液放置在样品保持器中。样品保持器可以在化学或生物反应期间保持该溶液。样品保持器可以与多个热区相邻安置，所述多个热区包含至少第一热区和第二热区。第二热区可以沿着(1)样品保持器或(2)所述多个热区的旋转轴与第一热区成角度地分开。该方法可以进一步包括(b)通过样品保持器或所述多个热区的旋转交替地并顺序地将所述溶液定位在所述多个热区中的每一个中，以对生物样品进行化学或生物反应。在该过程中，(i)在第一热区中，所述溶液可以在第一温度分布下进行加热或冷却，并且(ii)在第二热区中，所述溶液可以在与第一温度分布不同的第二温度分布下进行加热或冷却。操作(b)可以包括将所述溶液定位在第一热区中，并且随后将所述溶液定位在第二热区中。

所述方法可以进一步包括在将所述溶液定位在第二热区中之后将所述溶液定位在第一热区中。在一些实施方案中，所述方法进一步包括在将所述溶液定位在第二热区中之后将所述溶液定位在所述多个热区的第三热区中。第三热区可以与第一热区和第二热区不同。在一些实施方案中，第三热区可以与第一和/或第二热区相同。

在一些实施方案中，操作(b)包括将所述溶液定位在第一热区中，并且随后将所述溶液定位在所述多个热区的第三热区中，第三热区与第二热区不同。所述方法可以进一步包括在将所述溶液定位在第三热区中之后将所述溶液定位在第二热区中。

在第一热区中，所述溶液可以经历冷却，而在第二热区中，所述溶液可以经历加热，反之亦然。

第一温度分布可以包含第一目标温度。第二温度分布可以包含与第一目标温度不同的第二目标温度。

在操作(b)中，样品保持器可以将所述溶液从第一热区旋转到第二热区，使得所述溶液与第二热区热连通。在一些实施方案中，在操作(b)中，旋转第二热区并使之与所述溶液热连通。

所述方法可以进一步包括将所述溶液定位成与同样品保持器相邻的检测器传感地连通。该检测器可以检测来自所述溶液的信号，该信号指示化学或生物反应，或者对生物样品进行的化学或生物反应的产物。该检测器可以沿旋转轴与第一热区和第二热区成角度地分开。可以通过样品保持器或检测器的旋转将所述溶液定位成与检测器传感地连通。

在所述多个方面的任何方面，样品保持器相对于第一热区和第二热区可以是可旋转的。第一热区和第二热区相对于溶液可以是可旋转的。

在所述多个方面的任何方面，所述溶液可以包含化学或生物反应所必需的试剂。该化学或生物反应可以是核酸扩增，并且所述试剂可以包括一种或多种引物和聚合酶。该核酸扩增可以是聚合酶链反应(PCR)。

生物样品可以是受试者的任何合适的样品。例如，生物样品可以是固体物质(例如，生物组织)或者可以是流体(例如，生物流体)。通常，生物流体可以包括与活生物体有关的任何流体。生物样品的非限制性实例包括从受试者的任何解剖学位置(例如，组织、循环系统、骨髓)获得的血液(或血液的组分，例如，白细胞、红细胞、血小板)、从受试者的任何解剖学位置获得的细胞、皮肤、心脏、肺、肾脏、呼出气、骨髓、粪便、精液、阴道液、来源于肿瘤组织的组织液、乳腺、胰腺、脑脊液、组织、咽喉拭子、活检物、胎盘液、羊水、肝脏、肌肉、平滑肌、膀胱、胆囊、结肠、肠、脑、腔液、痰、脓、微生物群(micropiota)、胎粪、乳汁、前列腺、食道、甲状腺、血清、唾液、尿液、胃液和消化液、泪液、眼部液体、汗液、粘液、耳垢、油、腺体分泌物、脊髓液、毛发、指甲、皮肤细胞、血浆、鼻拭子或鼻咽洗液、脊髓液、脐带血、重点流体(emphatic fluid)和/或其他排泄物或身体组织。

可以以多种方式从受试者获得生物样品。用于从受试者获得生物样品的方法的非限制性实例包括：进入循环系统(例如，经注射器或其他针而静脉内或动脉内进入)、收集分泌的生物样品(例如，粪便、尿液、痰液、唾液等)、外科途径(例如，活检)、擦拭(例如，口腔拭子、口咽拭子)、移液和呼气。此外，可以从所需生物样品所处的受试者的任何解剖部位来获得生物样品。

在一些实施方案中，生物样品来自受试者的基因组。在一些实施方案中，生物样品为无细胞核酸样品。例如，生物样品可为无细胞脱氧核糖核酸(DNA)或无细胞核糖核酸(RNA)。

在一些实施方案中，直接从受试者获得生物样品而无需进一步处理。在一些实施方案中，在生物或化学反应(例如，核酸扩增)之前处理生物样品。例如，可以在添加生物样品和核酸扩增所必需的试剂之前将裂解剂添加到样品保持器中。裂解剂的实例包括Tris-HCl、EDTA、去污剂(例如，Triton X-100、SDS)、溶菌酶、葡萄糖酶(glucolase)、蛋白酶E、病毒内溶素、外溶素(exolysin)、消解酶(zymolose)、溶细胞酶(Iyticase)、蛋白酶K、来自噬菌体的内溶素和外溶素、来自噬菌体PM2的内溶素、来自枯草芽孢杆菌(B.subtilis)噬菌体PBSX的内溶素、来自乳杆菌原噬菌体Lj928、Lj965、噬菌体15Phiadh的内溶素、来自肺炎链球菌噬菌体Cp-I的内溶素、无乳链球菌噬菌体B30的双功能肽聚糖溶素、来自原噬菌体细菌的内溶素和外溶素、来自李斯特菌(Listeria)噬菌体的内溶素、穴蛋白(holin)-内溶素、细胞20裂解基因、holWMY沃氏葡萄球菌M噬菌体varphiWMY、沃氏葡萄球菌M噬菌体varphiWMY的Iy5WMY、吐温20、PEG、KOH、NaCl及其组合。在一些实施方案中，裂解剂是氢氧化钠(NaOH)。在一些实施方案中，生物样品不用去污剂处理。

在一些实施方案中，纯化生物样品(例如，通过过滤、离心、柱纯化和/或磁性纯化，例如，通过使用磁珠(例如，超顺磁珠))以获得纯化的核酸。

匣盒可以用于样品制备。例如，匣盒可以包含过滤器，以将包含靶核酸的样品部分与细胞碎片分开。在一些实施方案中，匣盒包含用于细胞裂解的试剂(例如，如本公开内容其他地方所述的裂解缓冲液或裂解剂)。在一些实施方案中，匣盒位于样品保持器内并形成样品保持器的组件。在一些实施方案中，匣盒与一个或多个样品保持器流体连通，使得用该匣盒制备的样品可以流入所述一个或多个样品保持器。匣盒可以被包含在本公开内容的系统中，以用于对生物样品进行化学或生物反应。

多种核酸扩增反应可用于扩增生物样品中的靶核酸并生成扩增产物。此外，核酸的扩增可以是线性的、指数式的或其组合。核酸扩增方法的非限制性实例包括逆转录、引物延伸、聚合酶链反应、连接酶链反应、解旋酶依赖的扩增(例如，在将核酸与解旋酶接触后的扩增)、非对称扩增、滚环扩增和多重置换扩增(MDA)。在一些实施方案中，扩增产物可以是DNA。在对靶RNA进行扩增的情况下，可通过RNA的逆转录来获得DNA并且可利用随后的DNA扩增来生成扩增的DNA产物。扩增的DNA产物可以指示在生物样品中存在靶RNA。在对DNA进行扩增的情况下，可以采用一种或多种DNA扩增方法。DNA扩增方法的非限制性实例包括聚合酶链反应(PCR)、PCR的变型(例如，实时PCR、等位基因特异性PCR、装配PCR、非对称PCR、数字PCR、乳液PCR、拨出PCR、解旋酶依赖的PCR、巢式PCR、热启动PCR、反向PCR、甲基化特异性PCR、微引物PCR、多重PCR、巢式PCR、重叠-延伸PCR、热非对称交错PCR、递降PCR)以及连接酶链反应(LCR)。在一些实施方案中，DNA扩增是线性的。在一些实施方案中，DNA扩增是指数式的。在一些实施方案中，DNA扩增采用巢式PCR来实现，其可改善检测扩增的DNA产物的灵敏度。

核酸扩增所必需的试剂可包括聚合酶和具有与靶核酸序列互补的序列的引物。

在所述多个方面的任何方面，可使用针对靶核酸的引物组来进行核酸扩增反应。引物组通常包含一种或多种引物。例如，引物组可包含约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50种或更多种引物。在一些实施方案中，引物组包含针对不同的扩增产物或不同的核酸扩增反应的引物。例如，引物组可包含第一引物和与核酸链产物互补的第二引物，第一引物是生成与靶核酸的至少一部分互补的核酸产物的第一链所必需的，第二引物是生成与核酸产物第一链的至少一部分互补的核酸产物的第二链所必需的。

例如，引物组可针对靶RNA。引物组可包含可用于生成与靶RNA的至少一部分互补的核酸产物第一链的第一引物。在逆转录反应的情况下，核酸产物的第一链可以是DNA。引物组还可包含可用于生成与核酸产物第一链的至少一部分互补的核酸产物第二链的第二引物。在与DNA扩增平行进行逆转录反应的情况下，核酸产物的第二链可以是与自RNA模板产生的DNA链互补的核酸(例如，DNA)产物的一条链。

如有需要，可使用任何合适数目的引物组。例如，可使用约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个引物组。当使用多个引物组时，一个或多个引物组可各自对应于特定的核酸扩增反应或扩增产物。

在一些实施方案中，使用DNA聚合酶。可以使用任何合适的DNA聚合酶，包括可商购的DNA聚合酶。DNA聚合酶通常指能够以模板结合的方式将核苷酸掺入到DNA链中的酶。DNA聚合酶的非限制性实例包括Taq聚合酶、Tth聚合酶、Tli聚合酶、Pfu聚合酶、VENT聚合酶、DEEPVENT聚合酶、EX-Taq聚合酶、LA-Taq聚合酶、Expand聚合酶、Sso聚合酶、Poc聚合酶、Pab聚合酶、Mth聚合酶、Pho聚合酶、ES4聚合酶、Tru聚合酶、Tac聚合酶、Tne聚合酶、Tma聚合酶、Tih聚合酶、Tfi聚合酶、Platinum Taq聚合酶、Hi-Fi聚合酶、Tbr聚合酶、Tfl聚合酶、Pfutubo聚合酶、Pyrobest聚合酶、Pwo聚合酶、KOD聚合酶、Bst聚合酶、Sac聚合酶、Klenow片段，以及它们的变体、修饰产物和衍生物。对于某种热启动聚合酶，可能需要在约92℃至95℃(例如，约94℃至95℃)的温度下持续约2分钟至10分钟时间段的变性步骤，这根据不同的聚合酶可能会改变热分布。

在一些实施方案中，使用逆转录酶。可以使用任何合适的逆转录酶。逆转录酶通常是指在与RNA模板结合时能够将核苷酸掺入到DNA链中的酶。逆转录酶的非限制性实例包括HIV-1逆转录酶、M-MLV逆转录酶、AMV逆转录酶、端粒酶逆转录酶，以及它们的变体、修饰的产物和衍生物。

靶核酸序列可与疾病相关。该疾病可与病毒如RNA病毒或DNA病毒相关。在一些实施方案中，该病毒可选自人免疫缺陷病毒I(HIV I)、人免疫缺陷病毒II(HIV II)、正粘病毒、埃博拉病毒、登革病毒、流感病毒、肝炎病毒、甲型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、丁型肝炎病毒、戊型肝炎病毒、庚型肝炎病毒、EB病毒、单核细胞增多症病毒、巨细胞病毒、SARS病毒、西尼罗热病毒、脊髓灰质炎病毒、麻疹病毒、单纯疱疹病毒、天花病毒、腺病毒和水痘病毒。在一些实施方案中，该流感病毒选自H1N1病毒、H3N2病毒、H7N9病毒和H5N1病毒。在一些实施方案中，该腺病毒为55型腺病毒(ADV55)或7型腺病毒(ADV7)。在一些实施方案中，该丙型肝炎病毒为具甲的RNA-丙型肝炎病毒(RNA-HCV)。在一些实施方案中，该疾病与致病细菌(例如，结核分枝杆菌)或致病原生动物(例如，疟原虫)相关。

在一些实施方案中，所述疾病为癌症。癌症的非限制性实例包括结直肠癌、膀胱癌、卵巢癌、睾丸癌、乳腺癌、皮肤癌、肺癌、胰腺癌、胃癌、食管癌、脑癌、白血病、肝癌、子宫内膜癌、前列腺癌和头颈癌。

所述溶液可以包含可检测部分，该可检测部分允许检测由生物和/或化学反应(例如，核酸扩增反应)产生的任何信号。例如，可检测部分可产生可检测信号，该可检测信号的存在或不存在指示扩增产物是否存在。可检测信号的强度可与扩增产物的量成比例。在一些实施方案中，当扩增产物由与最初扩增的靶核酸不同类型的核酸所生成时，可检测信号的强度可与最初扩增的靶核酸的量成比例。例如，在通过平行的逆转录和扩增从逆转录获得的DNA来扩增靶RNA的情况下，对于这两个反应所必需的试剂还可包括产生可检测信号的可检测部分，该可检测信号指示扩增的DNA产物和/或扩增的靶RNA的存在。可检测信号的强度可与扩增的DNA产物和/或扩增的原始靶RNA的量成比例。可检测部分的使用还使得实时扩增方法成为可能，包括用于DNA扩增的实时PCR。

可检测部分可通过共价或非共价相互作用与包括扩增产物在内的核酸相连接。非共价相互作用的非限制性实例包括离子相互作用、范德华力、疏水相互作用、氢键键合及其组合。在一些实施方案中，可检测部分与初始反应物结合，并且可检测部分水平的变化用于检测扩增产物。在一些实施方案中，可检测部分仅在核酸扩增进行时是可检测的(或不可检测的)。在一些实施方案中，光学活性染料(例如，荧光染料)用作可检测部分。染料的非限制性实例包括SYBR绿，SYBR蓝，DAPI，碘化丙锭(propidium iodine)，Hoeste，SYBR金，溴化乙锭，吖啶，原黄素、吖啶橙，吖啶黄，荧光香豆素(fluorcoumanin)，玫瑰树碱，道诺霉素，氯喹，偏端霉素D，色霉素，胡米溴铵(homidium)，光辉霉素，多吡啶钌(rutheniumpolypyridyl)，安曲霉素(anthramycin)，菲啶和吖啶，溴化乙锭，碘化丙锭，碘化己锭(hexidium iodide)，二氢乙锭，乙锭同型二聚体-1和乙锭同型二聚体-2，单叠氮化乙锭(ethidium monoazide)和ACMA，Hoechst 33258，Hoechst 33342，Hoechst 34580，DAPI，吖啶橙，7-AAD，放线菌素D，LDS751，羟茋巴脒(hydroxystilbamidine)，SYTOX蓝，SYTOX绿，SYTOX橙，POPO-1，POPO-3，YOYO-1，YOYO-3，TOTO-1，TOTO-3，JOJO-1，LOLO-1，BOBO-1，BOBO-3，PO-PRO-1，PO-PRO-3，BO-PRO-1，BO-PRO-3，TO-PRO-1，TO-PRO-3，TO-PRO-5，JO-PRO-1，LO-PRO-1，YO-PRO-1，YO-PRO-3，PicoGreen，OliGreen，RiboGreen，SYBR金，SYBR绿I，SYBR绿II，SYBR DX，SYTO-40、-41、-42、-43、-44、-45(蓝)，SYTO-13、-16、-24、-21、-23、-12、-11、-20、-22、-15、-14、-25(绿)，SYTO-81、-80、-82、-83、-84、-85(橙)，SYTO-64、-17、-59、-61、-62、-60、-63(红)，荧光素，异硫氰酸荧光素(FITC)，四甲基罗丹明异硫氰酸酯(TRITC)，罗丹明，四甲基罗丹明，R-藻红蛋白，Cy-2、Cy-3、Cy-3.5、Cy-5、Cy5.5、Cy-7，德克萨斯红(TexasRed)，Phar-Red，别藻蓝蛋白(APC)，Sybr绿I，Sybr绿II，Sybr金，CellTracker绿，7-AAD，乙锭同型二聚体I，乙锭同型二聚体II，乙锭同型二聚体III，溴化乙锭，伞形酮，曙红，绿色荧光蛋白，赤藓红，香豆素，甲基香豆素，芘，孔雀绿，茋，萤光黄，级联蓝(cascade blue)，二氯三嗪胺荧光素，丹磺酰氯，荧光镧系络合物(如那些包括铕和铽的络合物)，羧基四氯荧光素(TET)，5和/或6-羧基荧光素(FAM)，5-(或6-)碘乙酰胺基荧光素，5-{[2(和3)-5-(乙酰基巯基)-琥珀酰基]氨基}荧光素(SAMSA-荧光素)，丽丝胺罗丹明B磺酰氯，5-和/或6-羧基罗丹明(ROX)，7-氨基-甲基-香豆素，7-氨基-4-甲基香豆素-3-乙酸(AMCA)，BODIPY荧光团，8-甲氧基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐，3,6-二磺酸-4-氨基-萘二甲酰亚胺，藻胆蛋白，AlexaFluor350、405、430、488、532、546、555、568、594、610、633、635、647、660、680、700、750和790染料，DyLight 350、405、488、550、594、633、650、680、755和800染料，或其他荧光团。

在一些实施方案中，可检测部分是在与扩增产物杂交时具有光学活性的序列特异性寡核苷酸探针。由于探针与扩增产物的序列特异性结合，寡核苷酸探针的使用可提高检测的特异性和灵敏度。探针可连接至本文所述的任何光学活性可检测部分(例如，染料)，并且还可包括能够阻断相关联的染料的光学活性的猝灭剂。可用作可检测部分的探针的非限制性实例包括TaqMan探针、TaqMan Tamara探针、TaqMan MGB探针或Lion探针。

在一些实施方案中，可检测部分是RNA寡核苷酸探针，其包含相邻地位于探针上的光学活性染料(例如，荧光染料)和猝灭剂。染料与猝灭剂的紧密靠近可阻断染料的光学活性。该探针可与待扩增的靶序列结合。一旦在扩增期间DNA聚合酶的外切核酸酶活性使探针断裂，则猝灭剂与染料分离，而游离的染料重新获得其光学活性，该活性随后可被检测到。

在一些实施方案中，可检测部分是分子信标。分子信标包括，例如，在发夹构象的寡核苷酸的一端上连接的猝灭剂。在该寡核苷酸的另一端是光学活性染料，例如，荧光染料。在发夹构型中，光学活性染料和猝灭剂足够紧密地接近，使得猝灭剂能够阻断染料的光学活性。然而，一旦与扩增产物杂交，该寡核苷酸即呈线性构象并与该扩增产物上的靶序列杂交。寡核苷酸的线性化导致光学活性染料与猝灭剂的分离，从而使得光学活性恢复，并且可被检测到。分子信标对扩增产物上的靶序列的序列特异性可改善检测的特异性和灵敏度。

在一些实施方案中，可检测部分是放射性种类。放射性种类的非限制性示例包括¹⁴C、¹²³I、¹²⁴I、¹²⁵I、¹³¹I、Tc99m、³⁵S和³H。

在一些实施方案中，可检测部分是能够产生可检测信号的酶。可检测信号可通过酶对其底物或在酶具有多种底物的情况下对特定底物的活性来产生。可用作可检测部分的酶的非限制性实例包括碱性磷酸酶、辣根过氧化物酶、I2-半乳糖苷酶、碱性磷酸酶、β-半乳糖苷酶、乙酰胆碱酯酶和萤光素酶。

第一热区可以是保持在加热或冷却过冲温度分布(即，第一温度分布)下的过冲热区。第二热区可以是保持在与第一温度分布不同的加热或冷却过冲温度分布(即，第二温度分布)下的过冲热区。例如，过冲温度分布(例如，加热过冲温度分布)可为约110℃至约140℃，例如约125℃至约135℃。在一些实施方案中，过冲温度分布(例如，加热过冲温度分布)可以高于或约为110℃、115℃、120℃、125℃、126℃、127℃、128℃、129℃、130℃、131℃、132℃、133℃、134℃、135℃、136℃、137℃、138℃、139℃、140℃、145℃或150℃。过冲温度分布(例如，冷却过冲温度分布)可为约0℃至约35℃，例如约0℃至约30℃。在一些实施方案中，过冲温度分布(例如，冷却过冲温度分布)可为约0℃至约20℃。在一些实施方案中，过冲温度分布(例如，冷却过冲温度分布)可为约5℃至约10℃。在一些实施方案中，过冲温度分布(例如，冷却过冲温度分布)可以低于或约为0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃。

在一些实施方案中，第一热区可以是保持在第一目标温度分布(即，第一温度分布)下的第一目标热区。第二热区可以是保持在与第一温度分布不同的第二目标温度分布(即，第二温度分布)下的第二目标热区。例如，第一目标温度分布可为约80℃至约100℃。例如，第一目标温度分布可为约87℃至约95℃。第一目标温度分布可为约90℃至约95℃。第一目标温度分布可为约92℃至约95℃。第一目标温度分布可以高于或约为90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃。第二目标温度分布可为约40℃至约70℃。第二目标温度分布可为约50℃至约60℃。第二目标温度分布可以低于或约为0℃、45℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或85℃。

在所述多个方面的任何方面，所述多个热区可包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个热区。例如，所述多个热区可以包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个目标热区，和/或可以包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个过冲热区。

在一些实施方案中，所述多个热区可以包含保持在约92℃至约95℃的第一目标温度分布下的第一目标热区、保持在约110℃至约140℃的第一过冲温度分布下的第一过冲热区、保持在约40℃至约70℃的第二目标温度分布下的第二目标热区，以及保持在约0℃至约20℃的第二过冲温度分布下的第二过冲热区。在一些实施方案中，所述多个热区可以包含保持在至少约95℃的第一目标温度分布下的第一目标热区、保持在至少约135℃的第一过冲温度分布下的第一过冲热区、保持在至少约55℃的第二目标温度分布下的第二目标热区，以及保持在低于或约为8℃的第二过冲温度分布下的第二过冲热区。

在一些实施方案中，所述多个热区可以包含保持在约110℃至约140℃的第一过冲温度分布下的第一过冲热区，以及保持在约0℃至约20℃的第二过冲温度分布下的第二过冲热区。在一些实施方案中，所述多个热区可以包含保持在至少约135℃的第一过冲温度分布下的第一过冲热区，以及保持在低于或约为8℃的第二过冲温度分布下的第二过冲热区。

在整个反应过程中，热区可以保持设定为特定的温度分布。或者，可以在反应过程中将热区从一个温度分布改变为另一个温度分布。在反应过程中，可以将热区设定为1、2、3、4、5个或更多个不同的温度水平。

热区可以包含压痕、槽、孔、凹陷或被设计成与样品保持器配合的其他形状。这样的设计可以在热区与样品保持器之间提供改善的热接触。在一些实施方案中，热区可以是平坦的。在一些实施方案中，样品保持器可以包含平坦表面以与热区的平坦表面接触。

可以通过多种运动使热区与样品体积(例如，反应容器)热接触。可以将热区移动到与样品体积接触，或者可以将样品体积移动到与热区接触。在一些实施方案中，热区可以安装在可移动元件上或以其他方式耦合至可移动元件，诸如臂(例如线性臂、旋转臂)、带、凸轮、盘、杠杆、轨道或轮子。这样的可移动元件可以由一个或多个马达、弹簧或其他驱动元件驱动。在一些实施方案中，样品体积(例如，在样品保持器或反应容器中)可以安装在可移动元件上或以其他方式耦合至可移动元件，诸如臂(例如线性臂、旋转臂)、带、凸轮、盘、杠杆、轨道或轮子。这样的可移动元件可以由一个或多个马达、弹簧或其他驱动元件驱动。可移动元件可以耦合或链接以协调移动。

可移动元件的移动可以由定时控制系统控制。定时控制系统可以是电子的或机械的。电子定时控制系统可以包括一个或多个计算机处理器。可以操作电子定时控制系统，从而以确定的顺序和确定的时间量将热区移入和移出与样品保持器和/或样品体积的热接触。在一些实施方案中，定时控制系统可以是机械的。例如，热区和/或样品保持器可以安装在可移动元件上，并且这些可移动元件可以连接到机械定时控制系统，诸如带或凸轮。可移动元件可以连接到机械定时控制系统，使得当操作机械定时控制系统时，可移动元件以确定的顺序和确定的时间量将热区移入和移出与样品体积的热接触。

在一些实施方案中，可移动元件可由用户直接或间接操作。例如，用户可以手动控制可移动元件的移动，以交替地并顺序地将样品保持器或样品体积定位在所述多个热区中的每一个中。

对于所述多个热区，每一个热区与样品体积热接触的时间量可以相同或不同。热区可以与样品体积热接触至少约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.7、0.8、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50或55秒，或约1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5分钟或更长时间。

移动可以遵循任何合适的路径，包括但不限于线性、弯曲和正弦曲线。在一些实例中，用于移动的弯曲路径可以提供比由线性运动提供的致动更简单和更快的致动。在一些实例中，用于移动的弯曲路径可以减少或消除对高精度控制的需要。在一些实例中，用于移动的弯曲路径可以减小设备的体积。在一些实施方案中，当热区移入和移出与样品保持器的热接触时，样品保持器保持静止。在一些实施方案中，当样品保持器移入和移出与热区的热接触时，热区保持静止。在一些实施方案中，样品保持器和热区都移动，以使样品保持器进入或脱离与一个或多个热区的热接触。

在一些实施方案中，所述多个热区沿着样品保持器或所述多个热区的移动(例如，旋转)轴彼此成角度地分开。例如，所述多个热区沿着样品保持器或所述多个热区的移动(例如，旋转)轴彼此分开至少1°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°、90°、100°、105°、110°、120°、130°、140°、150°、160°、170°、180°、190°、200°、210°、220°、230°、240°或更多。

样品保持器可以包含接收包含生物样品的溶液的反应容器(例如，PCR管)。该反应容器可以具有不同的大小、形状、重量和配置。在一些实施方案中，该反应容器为圆形或椭圆形管状。在一些实施方案中，该反应容器为矩形、正方形、菱形、圆形、椭圆形或三角形。该反应容器可以是规则形状或不规则形状。例如，该反应容器可以是管、孔、毛细管、匣盒、皿、离心管或移液管端头。在一些实施方案中，该反应容器具有至少100mm^-1、200mm^-1、300mm^-1、350mm^-1、400mm^-1、450mm^-1、500mm^-1、1x10³mm^-1、1x10⁴mm^-1、1x10⁵mm^-1、1x10⁶mm^-1、1x10⁷mm^-1、1x10⁸mm^-1、1x10⁹mm^-1、1x10¹⁰mm^-1、1x10¹¹mm^-1、1x10¹²mm^-1、1x10¹³mm^-1、1x10¹⁴mm^-1、1x10¹⁵mm^-1或更大的表面积与容积之比。

在一些实施方案中，反应容器是反应容器阵列的一部分。反应容器阵列可用于方法的自动化和/或同时处理多个样品。例如，反应容器可以是由许多孔组成的微孔板的孔。反应容器阵列可包括任何适当数目的反应容器。例如，阵列可包括至少2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、25、35、48、96、144、384个或更多个反应容器。反应容器阵列的反应容器部分还可以由流体处理装置单独寻址，使得该流体处理装置可正确辨识反应容器，并将适当的流体材料分配到反应容器中。流体处理装置可用于使流体材料向反应容器的添加自动化。

在所述多个方面的任何方面，可以启动激发能量源(例如，发光二极管、激光器或其他能量源)，以将激发能量引导至包含生物样品的溶液，从而产生指示对生物样品进行的化学或生物反应的发生和/或结果的发射信号(例如，光信号、荧光信号和/或静电信号)。然后可以用检测器(例如，电荷耦合器件相机)检测所产生的信号。检测器可以位于样品保持器附近。在一些实施方案中，检测器沿着样品保持器或所述多个热区的旋转轴与所述多个热区成角度地分开。

图7提供了用于对生物样品进行化学或生物反应的系统的实例。样品保持器704(例如，PCR反应容器)可以安装到支撑件706(例如，可旋转臂或可旋转的平盘)的一端(例如，当支撑件706是可旋转臂时)或远离其中心的周边区域附近(当支撑件706是可旋转的平盘时)。由马达驱动的控制器705可以连接到支撑件706上与样品保持器704相对的一端(例如，当支撑件706是可旋转臂时)或者其中心(当支撑件706是可旋转的平盘时)。该系统进一步包含由第一加热块707和第二加热块708组成的第一热区。另外，该系统包含由冷却块702(例如，金属块)和流体流动单元701(例如，风扇)组成的第二热区。控制器705的旋转可以使样品保持器704经历旋转，从而交替地并顺序地将样品保持器704(以及其中包含生物样品的反应溶液)定位在第一热区(例如，在第一加热块707与第二加热块708之间)和第二热区(例如，在冷却块702下方)中。加热块707和708可以与样品保持器704热连通，从而升高样品保持器704内的溶液的温度。冷却块702可以以这样的方式布置，使得当样品保持器704旋转到第二热区域中(例如，到冷却块702下方的位置)时，可以允许冷却流体(例如，冷空气)从流体流动单元701朝向样品保持器704流过位于两个相邻冷却块702之间的空间703(例如，孔)，从而降低样品保持器704内的溶液的温度。

图8A示出了样品制备组装件，其包含用于样品处理和制备的匣盒803，匣盒803可以分别通过第一通道802和第二通道804与第一样品保持器801和第二样品保持器805流体连通。第一样品保持器801和第二样品保持器805可以相同或不同。匣盒803可以经由连接到马达806的一个或多个接合元件807(例如，轴)与马达806耦合。马达806可以驱动与匣盒803流体连通的样品保持器801和805的旋转。

图8B提供了用于对生物样品进行化学或生物反应的系统的实例。该系统可以包含用于样品制备的匣盒809，匣盒809可以与包含生物样品的一个或多个样品保持器810流体连通。马达813的启动可以驱动连接到匣盒809的控制器812的旋转，从而交替地并顺序地将一个或多个样品保持器810定位在加热热区815和冷却热区814中。另外，该系统可包含位于样品保持器810的旋转平面附近和上方的激发能量源808以及位于样品保持器810的旋转平面附近和下方的检测器811。激发能量源808的启动可以将能量引导到样品保持器810中的溶液，从而产生可以用检测器811检测的信号。

流体冷却

在另一个方面，本公开内容提供了一种用于在化学或生物反应(例如，核酸扩增反应)期间冷却包含生物样品(例如，核酸样品)的溶液的装置。该装置可以包含第一室，该第一室包含相变温度在约-100℃至50℃范围内的传热材料。在一些实施方案中，第一室包含具有至少约-120℃、-110℃、-100℃、-95℃、-90℃、-85℃、-80℃、-75℃、-70℃、-65℃、-60℃、-55℃、-50℃至约0℃、10℃、20℃、30℃、40℃或50℃，例如，约-120℃至20℃、-110℃至30℃、-100℃至50℃、-100℃至60℃、-100℃至70℃、-95℃至55℃、-90℃至50℃等的相变温度的传热材料。该装置可以进一步包含第二室，该第二室包含具有传热表面的基底。第二室可以与第一室流体隔离，并且传热表面在化学或生物反应期间可以与包含生物样品的溶液热连通。该装置可以进一步包含控制单元，该控制单元根据至少部分地取决于所述化学或生物反应的持续时间的时间设置使第二室与第一室流体连通。当第二室与第一室流体连通时，传热材料可经历相变，该相变沿着传热表面从基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

在另一个方面，本公开内容提供了一种用于在化学或生物反应(例如，核酸扩增反应)期间冷却包含生物样品(例如，核酸样品)的溶液的方法。该方法可以包括(a)启动热交换装置，该热交换装置包含(1)第一室，该第一室包含相变温度在约-100℃至50℃范围内的传热材料；以及(2)第二室，该第二室包含具有传热表面的基底。在一些实施方案中，第一室包含具有至少约-120℃、-110℃、-100℃、-95℃、-90℃、-85℃、-80℃、-75℃、-70℃、-65℃、-60℃、-55℃、-50℃至约0℃、10℃、20℃、30℃、40℃或50℃，例如，约-120℃至20℃、-110℃至30℃、-100℃至50℃、-100℃至60℃、-100℃至70℃、-95℃至55℃、-90℃至50℃等的相变温度的传热材料。第二室可以与第一室流体隔离，并且传热表面可以在化学或生物反应期间与包含生物样品的溶液热连通。该方法可以进一步包括(b)根据至少部分地取决于所述化学或生物反应的持续时间的时间设置使第二室与第一室流体连通。当第二室与第一室流体连通时，传热材料可经历相变，该相变沿着传热表面从基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。该方法可以进一步包括(c)使用沿传热表面从所述基底吸取的热能使所述溶液经受冷却。

在所述多个方面的任何方面，传热表面可以通过至少一种传热介质间接与所述溶液热连通。所述至少一种传热介质可以是冷却流体。在一些实施方案中，传热表面直接与所述溶液热连通。

在所述多个方面的任何方面，所述装置可以进一步包含在第一室与第二室之间的密封件，并且该密封件可以(i)当处于闭合配置时将第二室与第一室隔离，并且(ii)当处于打开配置时使第二室与第一室流体连通。在使用期间，(i)可以将密封件从闭合配置致动到打开配置，以使第一室与第二室流体连通，并且(ii)传热材料可以经历相变，该相变可以沿着传热表面从基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。例如，使第二室与第一室流体连通可以包括将密封件从闭合配置致动到打开配置，以使第一室与第二室流体连通，当密封件处于打开配置时，传热材料可以经历相变，该相变沿着传热表面从基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。该密封件可以是第一室与第二室之间的流体流动路径的一部分。在一些实施方案中，该密封件通过刺穿从闭合配置致动到打开配置。该密封件可以是第一室与第二室之间的阀门的一部分，并且该密封件可以通过打开阀门从闭合配置致动到打开配置。

在一些实施方案中，在使用期间，使传热材料经历从第一室向第二室的流动以与传热表面接触，并且在与传热表面接触后，传热材料可以经历相变以产生蒸汽。该相变可以沿着传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。例如，使第二室与第一室流体连通可以包括使传热材料经历从第一室向第二室的流动以与传热表面接触，在与传热表面接触后，传热材料可以经历相变以产生蒸汽。

传热材料可以是传热液体。在使用期间，可以使传热液体经历从第一室向第二室的流动，以与传热表面接触。例如，使第二室与第一室流体连通可以包括使传热液体经历从第一室向第二室的流动，以与传热表面接触。传热液体可以是水。在一些实施方案中，传热液体可以包括醇。该醇可以包括异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。

所述装置可以进一步包含通过第二室与第三室之间的至少一个流体流动路径与第二室流体连通的第三室，第三室可以接收在传热材料经历相变时产生的蒸汽。第三室可以包含捕获蒸汽的捕获材料。该捕获材料可以是吸湿性物质。例如，该捕获材料可以是干燥剂。

可以至少部分地基于其蒸汽压来选择传热材料，使得传热材料在第二室中具有足够的挥发性。例如，在一些情况下，传热材料的蒸汽压可以是至少约0.5千帕(kPa)、1.0kPa、1.5kPa、2.0kPa、2.5kPa、3.0kPa、3.5kPa、4.0kPa、4.5kPa、5.0kPa、5.5kPa、6.0kPa、6.5kPa、7.0kPa、7.5kPa、8.0kPa、8.5kPa、9.0kPa、9.5kPa、10.0kPa、10.5kPa、11.0kPa、11.5kPa、12.0kPa、12.5kPa、13.0kPa、13.5kPa、14.0kPa、14.5kPa、15.0kPa或更高。在一些情况下，传热材料的蒸汽压可以是至多约15.0kPa、14.5kPa、14.0kPa、13.5kPa、13.0kPa、12.5kPa、12.0kPa、11.5kPa、11.0kPa、10.5kPa、10.0kPa、9.5kPa、9.0kPa、8.5kPa、8.0kPa、7.5kPa、7.0kPa、6.5kPa、6.0kPa、5.5kPa、5.0kPa、4.5kPa、4.0kPa、3.5kPa、3.0kPa、2.5kPa、2.0kPa、1.5kPa、1.0kPa、0.5kPa或更低。

此外，在一些情况下，传热材料可以包含具有碳骨架的分子。在这样的情况下，可以至少部分地基于其碳骨架中的碳原子数来选择传热材料。例如，传热材料的碳骨架可以包含至少1个碳原子、至少2个碳原子、至少3个碳原子、至少4个碳原子、至少5个碳原子、至少6个碳原子、至少7个碳原子、至少8个碳原子、至少9个碳原子、至少10个碳原子或更多。在一些情况下，传热材料的碳骨架包含至多10个碳原子、至多9个碳原子、至多8个碳原子、至多7个碳原子、至多6个碳原子、至多5个碳原子、至多4个碳原子、至多3个碳原子、至多2个碳原子或至多1个碳原子。

在本公开内容的方法中，启动热交换装置可以包括在使第二室与第一室流体连通之前在第三室中提供捕获材料。第三室可以与吸取蒸汽的泵流体连通。第三室可以与流体流动单元流体连通，该流体流动单元使蒸汽经历从第三室向蒸汽存储器的流动。该流体流动单元可以是风扇、压缩机和/或泵。

在所述多个方面的任何方面，所述基底可以包含额外的传热表面。所述方法可以进一步包括使冷却流体与所述额外的传热表面接触，以使冷却流体经受冷却。该冷却流体可以包括水或醇。所述方法可以进一步包括使用所述冷却流体来冷却包含所述溶液的反应管。

在所述多个方面的任何方面，所述化学或生物反应可以是核酸扩增。

在本公开内容的方法中，启动热交换装置可以包括在第一室中提供传热材料。在一些实施方案中，启动热交换装置包括使第二室与第一室流体连通。

在另一个方面，本公开内容提供了一种用于在化学或生物反应(例如，核酸扩增反应)期间冷却包含生物样品(例如，核酸样品)的溶液的装置。该装置可以包含第一室，该第一室包含传热材料。该装置还可以包含第二室，该第二室包含具有传热表面的基底。第二室可以与第一室流体隔离，并且传热表面在化学或生物反应期间可以与包含生物样品的溶液热连通。该装置可以进一步包含在第一室与第二室之间的密封件，并且该密封件可以(i)当处于闭合配置时将第二室与第一室隔离，并且(ii)当处于打开配置时使第二室与第一室流体连通。在使用期间，可以将密封件从闭合配置致动到打开配置，以使第一室与第二室流体连通。在打开配置下，传热材料可以经历相变，该相变沿着传热表面从基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

在另一方面，本公开内容提供了一种用于在化学或生物反应(例如，核酸扩增反应)期间冷却包含生物样品(例如，核酸样品)的溶液的方法。该方法可包括(a)启动热交换装置，该热交换装置包含(1)第一室，该第一室包含传热材料；(2)第二室，该第二室包含具有传热表面的基底。第二室可以与第一室流体隔离，并且传热表面在化学或生物反应期间可以与包含生物样品的溶液热连通。该热交换装置可以进一步包含(3)在第一室与第二室之间的密封件，该密封件可以(i)当处于闭合配置时将第二室与第一室隔离，并且(ii)当处于打开配置时使第二室与第一室流体连通。该方法还可以包括(b)将密封件从闭合配置致动到打开配置，以使第一室与第二室流体连通。在打开配置下，传热材料可以经历相变，该相变沿着传热表面从基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

在所述多个方面的任何方面，传热表面可以通过至少一种传热介质间接与所述溶液热连通。传热表面可以直接与所述溶液热连通。传热材料可以是传热液体。

使第一室与第二室流体连通可以包括使传热液体经历从第一室向第二室的流动，以与传热表面接触。

在所述多个方面的任何方面，所述装置可以进一步包含通过第二室与第三室之间的至少一个流体流动路径与第二室流体连通的第三室。第三室可以接收在传热材料经历相变时产生的蒸汽。第三室可以包含捕获蒸汽的捕获材料。该捕获材料可以是吸湿性物质。例如，该捕获材料可以是干燥剂。

启动热交换装置可以包括在使第一室与第二室流体连通之前在第三室中提供捕获材料。所述基底可以包含额外的传热表面。

本公开内容的方法可以进一步包括使冷却流体与所述额外的传热表面接触，以使冷却流体经受冷却。所述方法可以进一步包括使用所述冷却流体来冷却包含所述溶液的反应管。

本公开内容的方法可以进一步包括(c)使用沿所述传热表面从所述基底吸取的热能使所述溶液经受冷却。

在所述多个方面的任何方面，所述化学或生物反应可以是核酸扩增。

启动热交换装置可以包括在第一室中提供传热材料。在一些实施方案中，启动热交换装置包括使第二室与第一室流体连通。

第三室可以与吸取蒸汽的泵流体连通。第三室可以与流体流动单元流体连通，该流体流动单元使蒸汽经历从第三室向蒸汽存储器的流动。该流体流动单元可以是风扇、压缩机和/或泵。

在所述多个方面的任何方面，所述基底可以包含额外的传热表面，并且在使用期间，可以使冷却流体与所述额外的传热表面接触，以使所述冷却流体经受冷却。

在所述多个方面的任何方面，所述控制单元可以包含一个或多个计算机处理器，所述计算机处理器被单独地或共同地编程，以使第二室根据所述时间设置与第一室流体连通。

在所述多个方面的任何方面，传热表面可以通过至少一种传热介质间接与所述溶液热连通。所述至少一种传热介质可以是冷却流体。传热表面可以直接与所述溶液热连通。

在使用期间，可以使传热材料经历从第一室向第二室的流动，以与传热表面接触，并且在与传热表面接触后，传热材料可以经历相变，该相变沿着传热表面从基底吸取热能。

在所述多个方面的各个方面，所述密封件可以是第一室与第二室之间的流体流动路径的一部分。所述密封件可以通过刺穿从闭合配置致动到打开配置。所述密封件可以是第一室与第二室之间的阀门的一部分，并且所述密封件可以通过打开阀门从闭合配置致动到打开配置。

传热材料可以是传热液体。在一些实例中，传热材料是醇、醛、酮或羧酸。例如，传热材料是醇，诸如异丙醇。作为替代，传热材料可以是传热气体，诸如空气。

传热表面可以具有任何合适的形状或配置。在一些实施方案中，传热表面是平坦表面。在一些实施方案中，传热表面是弯曲的。传热表面可以由任何合适的材料(例如，传热材料)制成或涂覆。例如，传热表面可以由具有至少约0.2J/g*K、至少约0.3J/g*K、至少约0.4J/g*K、至少约0.5J/g*K、至少约1.0J/g*K或更高热容量的材料制成或涂覆。此外，传热表面可以包含或可以涂覆有具有任何合适的比热的材料。例如，传热表面材料或传热表面涂层材料的比热可为至少约0.001卡路里/克(cal/g)、至少约0.005cal/g、至少约0.01cal/g、至少约0.05cal/g、至少约0.1cal/g、至少约0.5cal/g、至少约1.0cal/g、至少约1.5cal/g、至少约2.0cal/g、至少约2.5cal/g、至少约3.0cal/g、至少约3.5cal/g、至少约4.0cal/g、至少约4.5cal/g、至少约5.0cal/g、至少约5.5cal/g、至少约6.0cal/g、至少约6.5cal/g、至少约7.0cal/g、至少约7.5cal/g、至少约8.0cal/g、至少约8.5cal/g、至少约9.0cal/g、至少约9.5cal/g、至少约10.0cal/g或更高。在一些情况下，传热表面材料或传热表面涂层材料的比热为至多约10.0cal/g、至多约9.5cal/g、至多约9.0cal/g、至多约8.5cal/g、至多约8.0cal/g、至多约7.5cal/g、至多约7.0cal/g、至多约6.5cal/g、至多约6.0cal/g、至多约5.5cal/g、至多约5.0cal/g、至多约4.5cal/g、至多约4.0cal/g、至多约3.5cal/g、至多约3.0cal/g、至多约2.5cal/g、至多约2.0cal/g、至多约1.5cal/g、至多约1.0cal/g、至多约0.5cal/g、至多约0.1cal/g、至多约0.05cal/g、至多约0.01cal/g、至多约0.005cal/g、至多约0.001cal/g或更低。

在一些实施方案中，传热表面由金属或金属合金制成或涂覆。例如，该金属或金属合金可以包括镍、铜、铬或它们的合金。在一些实施方案中，该金属或金属合金包括银、氯化聚合物和/或氟化聚合物。在一些实施方案中，传热表面包含含有金属的聚合物。在一些实施方案中，传热表面包含碳(例如，石墨烯)。在一些实施方案中，传热材料可具有至少约-120℃、-110℃、-100℃、-95℃、-90℃、-85℃、-80℃、-75℃、-70℃、-65℃、-60℃、-55℃、-50℃至约0℃、10℃、20℃、30℃、40℃或50℃，例如，约-120℃至20℃、-110℃至30℃、-100℃至50℃、-100℃至60℃、-100℃至70℃、-95℃至55℃、-90℃至50℃等的相变温度。

密封件可以具有任何合适的结构，该结构分隔开至少两个容积，或将容积与其外部环境分隔开。密封件可由合成膜制成或可以包含合成膜，例如由固态材料(例如，半导体、金属、半金属或非金属)或聚合物材料(例如，聚合物膜)形成的膜。例如，密封件可以由将第一室与第二室分开的不透明、透明或半透明材料形成。在一些实施方案中，密封件是由石蜡膜制成的聚合物膜。

捕获材料可以是能够捕获蒸汽和/或液体的任何合适的材料。例如，捕获材料可以由吸湿性物质制成或可以包含吸湿性物质。该吸湿性物质可以包括能够从周围环境吸引和/或保持水分子的任何物质，诸如纤维素纤维、糖、甘油、乙醇、甲醇、硫酸、盐或其组合。在一些实施方案中，捕获材料是干燥剂。

图3提供了用于热交换的装置的实例。该装置包含第一室A1、A2和A3。第一室A1、A2和A3中的一个或多个可以与其他第一室中的一个或两个流体连接(例如，经由室之间的膜或室之间的通道)，或者第一室A1、A2和A3中的一个或多个可以与其他第一室中的一个或两个隔离(例如，经由室壁)。在一些实施方案中，将来自第一室A1、A2和A3中的一个或多个的传热流体混合在一起以形成传热流体混合物。在其他实施方案中，第一室A1、A2和A3中的每一个都可以各自提供单独的传热流体，该传热流体可以与从另一个第一室提供的传热流体同时使用或者在单独的冷却循环过程中使用。该装置可以进一步包含第二室302。第二室302可以通过与相应的第一室相关联的可穿透密封件305与第一室A1、A2和A3中的一个或多个分开，并且可以包含具有传热表面304的基底。另外，该装置可以包含第三室301，第三室301通过多个流体流动路径303与第二室302流体连通。所述多个流体流动路径303中的每一个可以在其与第二室302相邻的一端包含开口306。

在使用期间，可以将与给定的第一室相关联的密封件305致动(例如，被用户刺穿或移除)到打开配置，使得其传热流体从给定的第一室释放到第二室302中并且与传热表面304接触。与传热表面304接触后，传热流体可以经历蒸发以产生蒸汽，该蒸汽经由开口306流过所述多个流体流动路径303到达第三室301。蒸发可以沿着传热表面304从基底吸取热能，以使基底经受冷却。第三室301可以包含捕获蒸汽的捕获材料(例如，干燥剂)。

图4提供了可以在核酸扩增中使用的用于热交换的装置的实例(核酸扩增如本公开内容中其他地方所述)。可以启动流体流动单元(例如，风扇)401以产生流体流，该流体流可以流过与冷却装置402(例如，如图3所示的装置)相邻的流体流动路径404，从而产生冷却流体(例如，冷却空气)，该冷却流体可用于降低位于流体流动路径404的一端的样品保持器403(例如，PCR容器)的温度。

图5提供了可以在核酸扩增中使用的用于热交换的装置的另一个实例(核酸扩增如本公开内容中其他地方所述)。冷却液体可以流过在两个冷却装置(例如，如图3所示的装置)之间形成的流体流动路径511。每个冷却装置可以包含室509或510，室509或510包含具有传热表面503或506的基底。传热液体可以被释放到室509或510中，并分别与传热表面503或506接触。与传热表面503或506接触后，传热液体可以经历蒸发以产生蒸汽，蒸汽分别通过多个流体流动路径502或505流向不同的室501或504。蒸发可以沿着传热表面503或506从基底吸取热能，以使基底经受冷却。可以通过冷却装置的冷却对象使流过流体流动路径511的冷却液体经受冷却。冷却的冷却液体可以从流体流动路径511流入U形流动路径512。流动路径512在U形边界507与PCR容器508的壁之间形成，从而包围PCR容器508并冷却其中的样品。

图6提供了用于热交换的装置的实例，该装置可以与用于对生物样品进行化学或生物反应的系统组合使用。可以用时间控制的方法从储器601释放冷却流体(例如，水)，储器601通过流体流动路径602与冷却装置603流体连通。如本公开内容中其他地方所述，冷却流体可以在穿过冷却装置603之后被冷却。可以将样品保持器(例如，PCR容器)606定位在第一加热块605与第二加热块607之间，并且冷却流体可以经由流动路径604或其他流体通道608耦合至样品保持器606。当加热块605和607被启动时，样品保持器606内的溶液的温度可以升高，并且当达到目标温度并且需要冷却时，加热块605和607被停用，并且冷却流体被释放以朝向样品保持器606流过冷却装置，以降低其中溶液的温度。必要时可以重复加热和冷却过程。

控制系统

本公开内容提供了经编程以供实现本公开内容的方法的计算机控制系统。图9示出了计算机系统901，其被编程或以其他方式被配置用于样品处理和分析，诸如小液滴生成以及核酸扩增和检测。计算机系统901可以调节本公开内容的方法和系统的各个方面。

计算机系统901包括中央处理单元(CPU，本文中也称为“处理器”和“计算机处理器”)905，该CPU可以是单核或多核处理器，或者用于并行处理的多个处理器。计算机系统901还包括存储器或存储位置910(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪速存储器)、电子存储单元915(例如，硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口920(例如，网络适配器)以及外围设备925，诸如高速缓冲存储器、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器。存储器910、存储单元915、接口920和外围设备925通过诸如主板等通信总线(实线)与CPU 905相通信。存储单元915可为用于存储数据的数据存储单元(或数据存储库)。计算机系统901可借助于通信接口920可操作地耦合至计算机网络(“网络”)930。网络930可为因特网、互联网和/或外联网，或与因特网相通信的内联网和/或外联网。在一些情况下，网络930为电信和/或数据网络。网络930可包括一个或多个计算机服务器，该计算机服务器可支持分布式计算，诸如云计算。网络930，在一些情况下借助于计算机系统901，可实现对等网络，这可使与计算机系统901耦合的设备能够起到客户端或服务器的作用。

CPU 905可执行一系列机器可读指令，该计算机可读指令可体现在程序或软件中。该指令可存储在诸如存储器910等存储位置中。该指令可针对CPU 905，CPU 905随后可编程或以其他方式配置CPU 905以实现本公开内容的方法。由CPU 905执行的操作的示例可包括提取、解码、执行和回写。

CPU 905可以是诸如集成电路等电路的一部分。系统901的一个或多个其他组件可包括在电路中。在一些情况下，该电路为专用集成电路(ASIC)。

存储单元915可存储文件，诸如驱动程序、库和保存的程序。存储单元915可存储用户数据，例如，用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统901可包括一个或多个附加数据存储单元，所述附加数据存储单元位于计算机系统901外部，诸如位于通过内联网或因特网与计算机系统901相通信的远程服务器上。

计算机系统901可通过网络930与一个或多个远程计算机系统相通信。例如，计算机系统901可与用户的远程计算机系统相通信。远程计算机系统的示例包括个人计算机(例如，便携式PC)、平板或平板型PC(例如， iPad、 Galaxy Tab)、电话、智能电话(例如， iPhone、支持Android的设备、)或个人数字助理。用户可经由网络930访问计算机系统901。

如本文所述的方法可通过机器(例如，计算机处理器)可执行代码的方式来实现，该机器可执行代码存储在计算机系统901的电子存储位置上，例如在存储器910或电子存储单元915上。机器可执行代码或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用过程中，该代码可由处理器905执行。在一些情况下，可从存储单元915检索该代码并将其存储于存储器910上以备由处理器905获取。在一些情况下，可排除电子存储单元915，而将机器可执行指令存储于存储器910上。

所述代码可被预编译并配置用于与具有适于执行该代码的处理器的机器一起使用，或可在运行期间被编译。该代码可以以编程语言提供，可选择编程语言以使该代码能够以预编译或即时编译(as-compiled)的方式执行。

在另一个方面，本公开内容提供了一种包含机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，该机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行后，实现用于对生物样品进行化学或生物反应的方法。该方法可以包括将包含生物样品的溶液放置在样品保持器中，并且该样品保持器可以在化学或生物反应期间保持该溶液。该样品保持器可以与多个热区相邻地安置，该热区包含至少第一热区和第二热区。第二热区可以沿着(1)样品保持器或(2)所述多个热区的旋转轴与第一热区成角度地分开。该方法可以进一步包括通过样品保持器或所述多个热区的旋转交替地并顺序地将所述溶液定位在所述多个热区中的每一个中，以对生物样品进行化学或生物反应。在第一热区中，所述溶液可以在第一温度分布下进行加热或冷却，而在第二热区中，所述溶液可以在与第一温度分布不同的第二温度分布下进行加热或冷却。

在另一个方面，本公开内容提供了一种包含机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，该机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行后，实现用于生成至少一个包含用于化学或生物反应的生物样品的小液滴的方法。该方法可以包括启动装置，该装置包含(1)第一室，该第一室包含第一流体容积和与第一流体容积流体连通的至少一个第一流体流动端口，其中第一流体容积包含含有用于化学或生物反应的生物样品的水溶液；以及(2)第二室，该第二室包含第二流体容积和与第二流体容积流体连通的至少一个第二流体流动端口，其中第二室至少部分地围绕第一室，其中第二流体容积保持与所述水溶液不混溶的连续流体，并且其中第二室相对于第一室是可旋转的，反之亦然。该方法可以进一步包括旋转第一室或第二室以使第一流体流动端口与第二流体流动端口对准，以使包含生物样品的水溶液经历从第一流体容积向第二流体容积的流动，以在该水溶液接触连续流体后产生至少一个小液滴，所述至少一个小液滴包含生物样品或其一部分。

在另一个方面，本公开内容提供了一种包含机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，该机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行后，实现用于在化学或生物反应(例如，核酸扩增反应)期间冷却包含生物样品(例如，核酸样品)的溶液的方法。该方法可以包括启动热交换装置，该热交换装置包含(1)第一室，该第一室包含相变温度在约-100℃至50℃范围内的传热材料；以及(2)第二室，该第二室包含具有传热表面的基底。在一些实施方案中，第一室包含具有至少约-120℃、-110℃、-100℃、-95℃、-90℃、-85℃、-80℃、-75℃、-70℃、-65℃、-60℃、-55℃、-50℃至约0℃、10℃、20℃、30℃、40℃或50℃，例如，约-120℃至20℃、-110℃至30℃、-100℃至50℃、-100℃至60℃、-100℃至70℃、-95℃至55℃、-90℃至50℃等的相变温度的传热材料。第二室可以与第一室流体隔离，并且传热表面可以在化学或生物反应期间与包含生物样品的溶液热连通。该方法可以进一步包括根据至少部分地取决于化学或生物反应的持续时间的时间设置使第二室与第一室流体连通。当第二室与第一室流体连通时，传热材料可经历相变，该相变沿着传热表面从基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

在另一个方面，本公开内容提供了一种包含机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，该机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行后，实现用于在化学或生物反应(例如，核酸扩增反应)期间冷却包含生物样品(例如，核酸样品)的溶液的方法。该方法可以包括启动热交换装置，该热交换装置包含：(1)第一室，该第一室包含传热材料；(2)第二室，该第二室包含具有传热表面的基底，其中第二室与第一室流体隔离，并且其中传热表面在化学或生物反应期间与所述包含生物样品的溶液热连通；以及(3)在第一室与第二室之间的密封件，该密封件(i)当处于闭合配置时将第二室与第一室隔离，并且(ii)当处于打开配置时使第二室与第一室流体连通。该方法可以进一步包括将密封件从闭合配置致动到打开配置，以使第一室与第二室流体连通。在打开配置下，传热材料可以经历相变，该相变沿着传热表面从基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

本文提供的系统和方法的各方面，诸如计算机系统901，可体现在编程中。本技术的各个方面可以被认为是“产品”或“制品”，其一般为在一种类型的机器可读介质上携带或体现的机器(或处理器)可执行代码和/或关联数据的形式。机器可执行代码可存储在诸如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪速存储器)或硬盘等电子存储单元上。“存储”型介质可包括计算机的任何或全部有形存储器、处理器等，或其关联模块，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，其可在任何时间为软件编程提供非暂时性存储。该软件的全部或部分有时可以通过因特网或各种其他电信网络进行通信。这样的通信，例如，可使软件能够从一个计算机或处理器加载到另一计算机或处理器中，例如，从管理服务器或主机加载到应用服务器的计算机平台中。因此，可承载软件元素的另一类型的介质包括光波、电波和电磁波，诸如跨本地设备之间的物理接口、通过有线和光学陆线网络以及通过各种空中链路而使用的。携载这类波的物理元件，诸如有线或无线链路、光学链路等，也可以被认为是承载软件的介质。如本文所用的，除非受限于非暂时性有形“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”等术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。

因此，机器可读介质，诸如计算机可执行代码，可采取许多形式，包括但不限于：有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，诸如任何计算机中的任何存储设备等，例如可用于实现如附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，诸如这样的计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆；铜线和光纤，包括导线，该导线包括计算机系统内的总线。载波传输介质可采取电信号或电磁信号或者声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信过程中生成的那些电信号或电磁信号或者声波或光波。因此，计算机可读介质的常见形式包括例如：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片纸带、任何其他具有孔洞图案的物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或匣盒、传送数据或指令的载波、传送这样的载波的电缆或链路，或者计算机可从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。这些计算机可读介质形式中的许多可以参与将一个或多个指令的一个或多个序列载送至处理器以供执行。

计算机系统901可包括电子显示器935或与之通信，电子显示器935包含用于提供例如核酸序列信息的用户界面(UI)940。UI的实例包括但不限于图形用户界面(GUI)和基于网络的用户界面。

本公开内容的方法和系统可通过一种或多种算法来实现。算法可在由中央处理单元905执行时通过软件实现。该算法可以例如调控系统或实现本文提供的方法。

本公开内容的设备、系统和方法可以与其他设备、系统或方法，诸如PCT/CN14/094914和PCT/CN14/078022中描述的那些设备、系统或方法相组合，这些申请中的每一个都通过引用整体并入本文。

尽管本文中已经示出并描述了本发明的优选实施方案，但对于本领域技术人员而言明显的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。并非旨在通过说明书中提供的具体实例来限制本发明。尽管已经参考前述说明书描述了本发明，但对本文实施方案的描述和说明不应以限制性的意义来解释。本领域技术人员在不脱离本发明的情况下现将想到多种变化、改变和替换。此外，应当理解，本发明的所有方面并不限于本文阐述的具体描绘、配置或相对比例，其取决于多个条件和变量。应当理解，本文中所述的本发明实施方案的各种替代方案可用于实施本发明。因此可以设想，本发明还应当覆盖任何这样的替代、修改、变化或等同项。旨在以下述权利要求限定本发明的范围，并由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同项。

Claims (204)

1.一种用于对生物样品进行化学或生物反应的系统，所述系统包括：

样品保持器，其接收包含所述生物样品的溶液，其中所述样品保持器在所述化学或生物反应期间保持所述溶液；

多个热区，所述多个热区包含与所述样品容器相邻的至少第一热区和第二热区，其中所述第二热区沿着(1)所述样品保持器或(2)所述多个热区的旋转轴与所述第一热区成角度地分开；以及

控制器，其通过所述样品保持器或所述多个热区的旋转，交替地并顺序地将所述溶液定位在所述多个热区中的每一个中，从而进行所述化学或生物反应，其中(i)在所述第一热区中，所述溶液在第一温度分布下进行加热或冷却，并且(ii)在所述第二热区中，所述溶液在与所述第一温度分布不同的第二温度分布下进行加热或冷却。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一热区包含使所述溶液在所述第一温度分布下经受加热或冷却的第一加热或冷却单元。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一加热或冷却单元是选自红外(IR)加热单元、对流加热单元、珀尔帖、电阻加热单元和加热块的加热单元。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一加热或冷却单元是选自干燥剂、对流冷却单元和冷却块的冷却单元。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二热区包含使所述溶液在所述第二温度分布下经受加热或冷却的第二加热或冷却单元。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第二加热或冷却单元是选自红外(IR)加热单元、对流加热单元、珀尔帖、电阻加热单元和加热块的加热单元。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述第二加热或冷却单元是选自干燥剂、对流冷却单元和冷却块的冷却单元。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一热区和所述第二热区被包括在一支撑件上。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述支撑件相对于所述样品保持器是可旋转的。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述化学或生物反应包括在至少两个目标温度水平之间循环所述生物样品。

11.根据权利要求1所述的系统，其中在所述第一热区中所述溶液经历加热，而在所述第二热区中所述溶液经历冷却，反之亦然。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个热区进一步包含与所述样品保持器相邻的第三热区，其中所述第三热区与所述第一热区和所述第二热区不同。

13.根据权利要求12所述的系统，其中在所述第三热区中，所述溶液在第三温度分布下经受加热或冷却。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第三温度分布与所述第一温度分布和所述第二温度分布不同。

15.根据权利要求13所述的系统，其中所述第三温度分布包含第三目标温度。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一温度分布包含第一目标温度。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述第二温度分布包含与所述第一目标温度不同的第二目标温度。

18.根据权利要求1所述的系统，其中所述溶液包含所述化学或生物反应所必需的试剂。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述化学或生物反应是核酸扩增，并且其中所述试剂包括一种或多种引物和聚合酶。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述核酸扩增是聚合酶链反应(PCR)。

21.根据权利要求1所述的系统，其中所述样品保持器相对于所述第一热区和所述第二热区是可旋转的。

22.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一热区和所述第二热区相对于所述溶液是可旋转的。

23.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器包含一个或多个计算机处理器，所述计算机处理器被单独地或共同地编程以交替地并顺序地将所述溶液定位在所述第一热区和所述第二热区中。

24.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括与所述样品保持器相邻的检测器，其中所述检测器检测来自所述溶液的信号，该信号指示所述化学或生物反应或者对所述生物样品进行的所述化学或生物反应的产物。

25.根据权利要求24所述的系统，其中所述检测器沿所述旋转轴与所述第一热区和所述第二热区成角度地分开。

26.根据权利要求24所述的系统，其中所述控制器通过所述样品保持器或所述检测器的旋转而将所述溶液定位成与所述检测器传感地连通。

27.一种用于对生物样品进行化学或生物反应的方法，所述方法包括：

(a)将包含所述生物样品的溶液放置在一样品保持器中，其中所述样品保持器在所述化学或生物反应期间保持所述溶液，其中所述样品保持器与包含至少第一热区和第二热区的多个热区相邻安置，其中所述第二热区沿着(1)所述样品保持器或(2)所述多个热区的旋转轴与所述第一热区成角度地分开；以及

(b)通过所述样品保持器或所述多个热区的旋转，交替地并顺序地将所述溶液定位在所述多个热区中的每一个中，从而对所述生物样品进行所述化学或生物反应，其中(i)在所述第一热区中，所述溶液在第一温度分布下进行加热或冷却，并且(ii)在所述第二热区中，所述溶液在与所述第一温度分布不同的第二温度分布下进行加热或冷却。

28.根据权利要求27所述的方法，其中(b)包括将所述溶液定位在所述第一热区中并且随后将所述溶液定位在所述第二热区中。

29.根据权利要求28所述的方法，其进一步包括在将所述溶液定位在所述第二热区中之后将所述溶液定位在所述第一热区中。

30.根据权利要求28所述的方法，其进一步包括在将所述溶液定位在所述第二热区中之后将所述溶液定位在所述多个热区的第三热区中，其中所述第三热区与所述第一热区和所述第二热区不同。

31.根据权利要求27所述的方法，其中(b)包括将所述溶液定位在所述第一热区中并且随后将所述溶液定位在所述多个热区的第三热区中，所述第三热区与所述第二热区不同。

32.根据权利要求31所述的方法，其进一步包括在将所述溶液定位在所述第三热区中之后将所述溶液定位在所述第二热区中。

33.根据权利要求27所述的方法，其中在所述第一热区中，所述溶液经历冷却，而在所述第二热区中，所述溶液经历加热，反之亦然。

34.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一温度分布包含第一目标温度。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述第二温度分布包含与所述第一目标温度不同的第二目标温度。

36.根据权利要求27所述的方法，其中所述溶液包含所述化学或生物反应所必需的试剂。

37.根据权利要求36所述的方法，其中所述化学或生物反应是核酸扩增，并且其中所述试剂包括一种或多种引物和聚合酶。

38.根据权利要求37所述的方法，其中所述核酸扩增是聚合酶链反应(PCR)。

39.根据权利要求27所述的方法，其中所述样品保持器相对于所述第一热区和所述第二热区是可旋转的。

40.根据权利要求39所述的方法，其中在(b)中，所述样品保持器将所述溶液从所述第一热区旋转到所述第二热区，使得所述溶液与所述第二热区热连通。

41.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一热区和所述第二热区相对于所述溶液是可旋转的。

42.根据权利要求41所述的方法，其中在(b)中，所述第二热区旋转并与所述溶液热连通。

43.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括将所述溶液定位成与一检测器传感地连通，该检测器与所述样品保持器相邻，其中所述检测器检测来自所述溶液的信号，该信号指示所述化学或生物反应或者对所述生物样品进行的所述化学或生物反应的产物。

44.根据权利要求43所述的方法，其中所述检测器沿所述旋转轴与所述第一热区和所述第二热区成角度地分开。

45.根据权利要求43所述的方法，其中通过所述样品保持器或所述检测器的旋转将所述溶液定位成与所述检测器传感地连通。

46.一种用于产生至少一个包含用于化学或生物反应的生物样品的小液滴的装置，所述装置包含：

第一室，该第一室包含第一流体容积和至少一个与所述第一流体容积流体连通的第一流体流动端口，其中所述第一流体容积保持水溶液，该水溶液包含用于所述化学或生物反应的所述生物样品；以及

第二室，所述第二室包含第二流体容积和至少一个与所述第二流体容积流体连通的第二流体流动端口，其中所述第二室至少部分地围绕所述第一室，其中所述第二流体容积保持与所述水溶液不混溶的连续流体，并且其中所述第二室相对于所述第一室是可旋转的，反之亦然，

其中，在使用期间，所述第一室或所述第二室的旋转使所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口对准，以使包含所述生物样品的所述水溶液经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动，从而在所述水溶液接触所述连续流体后产生所述至少一个小液滴，所述至少一个小液滴包含所述生物样品或所述生物样品的一部分。

47.根据权利要求46所述的装置，其中所述至少一个第一流体流动端口和/或所述至少一个第二流体流动端口的尺寸被设置成使得所述至少一个小液滴具有预定的特征性大小和/或形状。

48.根据权利要求46所述的装置，其中所述第二室相对于所述第一室是可旋转的。

49.根据权利要求46所述的装置，其中所述第一室相对于所述第二室是可旋转的。

50.根据权利要求46所述的装置，其中在所述第一室或所述第二室旋转后，所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口选择性地对准。

51.根据权利要求46所述的装置，其中所述至少一个小液滴包括多个小液滴。

52.根据权利要求51所述的装置，其中所述多个小液滴中的每一个包含所述生物样品或所述生物样品的一部分。

53.根据权利要求46所述的装置，其中所述第一室和/或所述第二室是圆柱形的。

54.根据权利要求46所述的装置，其中所述至少一个第一流体流动端口包括多个第一流体流动端口。

55.根据权利要求54所述的装置，其中在所述第一室或所述第二室旋转后，所述多个第一流体流动端口与所述至少一个第二流体流动端口对准。

56.根据权利要求46所述的装置，其中所述至少一个第二流体流动端口包括多个第二流体流动端口。

57.根据权利要求56所述的装置，其中在所述第一室或所述第二室旋转后，所述多个第二流体流动端口与所述至少一个第一流体流动端口对准。

58.根据权利要求46所述的装置，其中所述第一流体容积与一正压源流体连通，当所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口对准时，所述正压源使所述水溶液经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动，从而在与所述连续流体接触后产生所述一个或多个小液滴。

59.根据权利要求58所述的装置，其中所述正压源使所述第一室或所述第二室经历旋转。

60.根据权利要求58所述的装置，其中所述正压源包括压缩机。

61.根据权利要求58所述的装置，其中所述正压源包括柱塞。

62.根据权利要求61所述的装置，其中所述柱塞可由用户致动。

63.根据权利要求61所述的装置，其中所述柱塞可由机械单元致动以产生正压。

64.根据权利要求46所述的装置，其中所述第二流体容积与一负压源流体连通，当所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口对准时，所述负压源使所述水溶液经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动，从而在与所述连续流体接触后产生所述一个或多个小液滴。

65.根据权利要求46所述的装置，其中所述连续流体包含油。

66.根据权利要求65所述的装置，其中所述油包括含氟油。

67.根据权利要求66所述的装置，其中所述油包括氟代烃油。

68.根据权利要求65所述的装置，其中所述连续流体还包含表面活性剂。

69.根据权利要求46所述的装置，其中所述第二室完全围绕所述第一室。

70.根据权利要求46所述的装置，其中所述水溶液包含所述化学或生物反应所必需的试剂。

71.根据权利要求70所述的装置，其中所述化学或生物反应是核酸扩增，并且其中所述试剂包括一种或多种引物和聚合酶。

72.根据权利要求71所述的装置，其中所述核酸扩增是聚合酶链反应(PCR)。

73.根据权利要求46所述的装置，其中所述第二室包含内分区和围绕所述内分区的外分区，其中所述内分区和所述外分区至少部分地限定所述第二流体容积，并且其中所述内分区与所述第一室相邻。

74.根据权利要求73所述的装置，其中所述内分区与所述第一室接触。

75.根据权利要求73所述的装置，其进一步包含在所述第一室与所述内分区之间的流体流动路径。

76.根据权利要求46所述的装置，其中在所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口没有对准的情况下，所述水溶液不经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动。

77.根据权利要求46所述的装置，其中所述至少一个小液滴的大小至少部分地取决于所述第一室或所述第二室的旋转速率。

78.一种用于产生至少一个包含用于化学或生物反应的生物样品的小液滴的方法，所述方法包括：

(a)启动装置，所述装置包含(1)第一室，该第一室包含第一流体容积和与所述第一流体容积流体连通的至少一个第一流体流动端口，其中所述第一流体容积包含水溶液，该水溶液含有用于所述化学或生物反应的所述生物样品；以及(2)第二室，该第二室包含第二流体容积和与所述第二流体容积流体连通的至少一个第二流体流动端口，其中所述第二室至少部分地围绕所述第一室，其中所述第二流体容积保持与所述水溶液不混溶的连续流体，并且其中所述第二室相对于所述第一室是可旋转的，反之亦然；以及

(b)旋转所述第一室或所述第二室以使所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口对准，以使包含所述生物样品的所述水溶液经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动，从而在所述水溶液接触所述连续流体后产生所述至少一个小液滴，所述至少一个小液滴包含所述生物样品或所述生物样品的一部分。

79.根据权利要求78所述的方法，其中所述启动包括将包含所述生物样品的所述水溶液置于所述第一流体容积中。

80.根据权利要求78所述的方法，其中所述至少一个第一流体流动端口和/或所述至少一个第二流体流动端口的尺寸被设置成使得所述至少一个小液滴具有预定的特征性大小和/或形状。

81.根据权利要求78所述的方法，其中(b)中的所述旋转包括使所述第二室相对于所述第一室旋转。

82.根据权利要求78所述的方法，其中(b)中的所述旋转包括使所述第一室相对于所述第二室旋转。

83.根据权利要求78所述的方法，其中在所述第一室或所述第二室旋转后，所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口选择性地对准。

84.根据权利要求78所述的方法，其中所述至少一个小液滴包括多个小液滴。

85.根据权利要求84所述的方法，其中所述多个小液滴中的每一个包含所述生物样品或所述生物样品的一部分。

86.根据权利要求78所述的方法，其中所述第一室和/或所述第二室是圆柱形的。

87.根据权利要求78所述的方法，其中所述至少一个第一流体流动端口包括多个第一流体流动端口。

88.根据权利要求87所述的方法，其中在所述第一室或所述第二室旋转后，所述多个第一流体流动端口与所述至少一个第二流体流动端口对准。

89.根据权利要求78所述的方法，其中所述至少一个第二流体流动端口包括多个第二流体流动端口。

90.根据权利要求89所述的方法，其中在所述第一室或所述第二室旋转后，所述多个第二流体流动端口与所述至少一个第一流体流动端口对准。

91.根据权利要求78所述的方法，其中所述第一流体容积与一正压源流体连通，当所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口对准时，所述正压源使所述水溶液经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动，从而在与所述连续流体接触后产生所述一个或多个小液滴。

92.根据权利要求91所述的方法，其中所述正压源使所述第一室或所述第二室经历旋转。

93.根据权利要求91所述的方法，其中所述正压源包括压缩机。

94.根据权利要求91所述的方法，其中所述正压源包括柱塞。

95.根据权利要求94所述的方法，其中所述柱塞可由用户致动。

96.根据权利要求94所述的方法，其中所述柱塞可由机械单元致动以产生正压。

97.根据权利要求78所述的方法，其中所述第二流体容积与一负压源流体连通，当所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口对准时，所述负压源使所述水溶液经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动，从而在与所述连续流体接触后产生所述一个或多个小液滴。

98.根据权利要求78所述的方法，其中所述连续流体包含油。

99.根据权利要求98所述的方法，其中所述油包括含氟油。

100.根据权利要求99所述的方法，其中所述油包括氟代烃油。

101.根据权利要求98所述的方法，其中所述连续流体还包含表面活性剂。

102.根据权利要求78所述的方法，其中所述第二室完全围绕所述第一室。

103.根据权利要求78所述的方法，其中所述水溶液包含所述化学或生物反应所必需的试剂。

104.根据权利要求103所述的方法，其中所述化学或生物反应是核酸扩增，并且其中所述试剂包括一种或多种引物和聚合酶。

105.根据权利要求104所述的方法，其中所述核酸扩增是聚合酶链反应(PCR)。

106.根据权利要求78所述的方法，其中所述第二室包含内分区和围绕所述内分区的外分区，其中所述内分区和所述外分区至少部分地限定所述第二流体容积，并且其中所述内分区与所述第一室相邻。

107.根据权利要求106所述的方法，其中所述内分区与所述第一室接触。

108.根据权利要求106所述的方法，其中所述装置包含在所述第一室与所述内分区之间的流体流动路径。

109.根据权利要求78所述的方法，其中在所述第一流体流动端口与所述第二流体流动端口没有对准的情况下，所述水溶液不经历从所述第一流体容积向所述第二流体容积的流动。

110.根据权利要求78所述的方法，其中所述至少一个小液滴的大小至少部分地取决于所述第一室或所述第二室的旋转速率。

111.一种用于在核酸扩增反应期间冷却包含核酸样品的溶液的装置，所述装置包含：

第一室，所述第一室包含相变温度在约-100oC至50oC范围内的传热材料；

第二室，所述第二室包含具有传热表面的基底，其中所述第二室与所述第一室流体隔离，并且其中所述传热表面在所述核酸扩增反应期间与包含所述核酸样品的所述溶液热连通；以及

控制单元，其根据一时间设置使所述第二室与所述第一室流体连通，该时间设置至少部分地取决于所述核酸扩增反应的持续时间，其中当所述第二室与所述第一室流体连通时，所述传热材料经历相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

112.根据权利要求111所述的装置，其中所述传热表面通过至少一种传热介质间接地与所述溶液热连通。

113.根据权利要求112所述的装置，其中所述至少一种传热介质是冷却流体。

114.根据权利要求111所述的装置，其中所述传热表面直接与所述溶液热连通。

115.根据权利要求111所述的装置，其进一步包含在所述第一室与所述第二室之间的密封件，所述密封件(i)当处于闭合配置时将所述第二室与所述第一室隔离，并且(ii)当处于打开配置时使所述第二室与所述第一室流体连通。

116.根据权利要求115所述的装置，其中，在使用期间，(i)将所述密封件从所述闭合配置致动到所述打开配置，以使所述第一室与所述第二室流体连通，并且(ii)所述传热材料经历相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

117.根据权利要求116所述的装置，其中，在使用期间，使所述传热材料经历从所述第一室向所述第二室的流动，以与所述传热表面接触，并且在与所述传热表面接触后，所述传热材料经历所述相变以产生蒸汽，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

118.根据权利要求115所述的装置，其中所述密封件是所述第一室与所述第二室之间的流体流动路径的一部分。

119.根据权利要求115所述的装置，其中通过刺穿而将所述密封件从所述闭合配置致动到所述打开配置。

120.根据权利要求115所述的装置，其中所述密封件是所述第一室与所述第二室之间的阀门的一部分，并且其中所述密封件通过打开所述阀门而从所述闭合配置致动到所述打开配置。

121.根据权利要求111所述的装置，其中所述传热材料是传热液体。

122.根据权利要求121所述的装置，其中，在使用期间，使所述传热液体经历从所述第一室向所述第二室的流动，以与所述传热表面接触。

123.根据权利要求121所述的装置，其中所述传热液体包括水。

124.根据权利要求121所述的装置，其中所述传热液体包括醇。

125.根据权利要求124所述的装置，其中所述醇包括异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和/或戊醇。

126.根据权利要求111所述的装置，其中所述传热材料具有至少3kPa的蒸汽压。

127.根据权利要求111所述的装置，其中所述传热材料包含碳骨架。

128.根据权利要求127所述的装置，其中所述碳骨架包含至多七个碳原子。

129.根据权利要求111所述的装置，其进一步包含第三室，该第三室通过所述第二室与所述第三室之间的至少一个流体流动路径而与所述第二室流体连通，其中所述第三室接收在所述传热材料经历所述相变时产生的蒸汽。

130.根据权利要求129所述的装置，其中所述第三室包含捕获所述蒸汽的捕获材料。

131.根据权利要求130所述的装置，其中所述捕获材料包括吸湿性材料。

132.根据权利要求131所述的装置，其中所述捕获材料包括干燥剂。

133.根据权利要求129所述的装置，其中所述第三室与吸取所述蒸汽的泵流体连通。

134.根据权利要求129所述的装置，其中所述第三室与一流体流动单元流体连通，所述流体流动单元使所述蒸汽经历从所述第三室向蒸汽存储器的流动。

135.根据权利要求134所述的装置，其中所述流体流动单元包括风扇。

136.根据权利要求134所述的装置，其中所述流体流动单元包括压缩机。

137.根据权利要求134所述的装置，其中所述流体流动单元包括泵。

138.根据权利要求111所述的装置，其中所述基底包含额外的传热表面，并且其中在使用期间，使冷却流体与所述额外的传热表面接触，以使所述冷却流体经受冷却。

139.根据权利要求111所述的装置，其中所述控制单元包含一个或多个计算机处理器，所述计算机处理器被单独地或共同地编程以使所述第二室根据所述时间设置与所述第一室流体连通。

140.一种用于在核酸扩增反应期间冷却包含核酸样品的溶液的装置，所述装置包含：

第一室，所述第一室包含传热材料；

第二室，所述第二室包含具有传热表面的基底，其中所述第二室与所述第一室流体隔离，并且其中所述传热表面在所述核酸扩增反应期间与包含所述核酸样品的所述溶液热连通；以及

所述第一室与所述第二室之间的密封件，所述密封件(i)当处于闭合配置时将所述第二室与所述第一室隔离，并且(ii)当处于打开配置时使所述第二室与所述第一室流体连通，

其中，在使用期间，将所述密封件从所述闭合配置致动到所述打开配置，以使所述第一室与所述第二室流体连通，其中在所述打开配置下，所述传热材料经历相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

141.根据权利要求140所述的装置，其中所述传热表面通过至少一种传热介质间接地与所述溶液热连通。

142.根据权利要求141所述的装置，其中所述至少一种传热介质是冷却流体。

143.根据权利要求140所述的装置，其中所述传热表面直接与所述溶液热连通。

144.根据权利要求140所述的装置，其中，在使用期间，使所述传热材料经历从所述第一室向所述第二室的流动，以与所述传热表面接触，并且在与所述传热表面接触后，所述传热材料经历所述相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能。

145.根据权利要求140所述的装置，其中所述密封件是所述第一室与所述第二室之间的流体流动路径的一部分。

146.根据权利要求140所述的装置，其中通过刺穿将所述密封件从所述闭合配置致动到所述打开配置。

147.根据权利要求140所述的装置，其中所述密封件是所述第一室与所述第二室之间的阀门的一部分，并且其中所述密封件通过打开所述阀门从所述闭合配置致动到所述打开配置。

148.根据权利要求140所述的装置，其中所述传热材料包括传热液体。

149.根据权利要求140所述的装置，其进一步包括第三室，该第三室通过所述第二室与所述第三室之间的至少一个流体流动路径而与所述第二室流体连通，其中所述第三室接收在所述传热材料经历所述相变时产生的蒸汽。

150.根据权利要求149所述的装置，其中所述第三室包含捕获所述蒸汽的捕获材料。

151.根据权利要求150所述的装置，其中所述捕获材料包括吸湿性材料。

152.根据权利要求150所述的装置，其中所述捕获材料包括干燥剂。

153.根据权利要求140所述的装置，其中所述基底包含额外的传热表面，并且其中在使用期间，使冷却流体与所述额外的传热表面接触，以使所述冷却流体经受冷却。

154.一种用于在核酸扩增反应期间冷却包含核酸样品的溶液的方法，所述方法包括：

(a)启动热交换装置，所述热交换装置包含(1)第一室，所述第一室包含相变温度在约-100℃至50℃范围内的传热材料；以及(2)第二室，所述第二室包含具有传热表面的基底，其中所述第二室与所述第一室流体隔离，其中所述第二室与所述第一室流体隔离，并且其中所述传热表面在所述核酸扩增反应期间与包含所述核酸样品的溶液热连通；以及

(b)根据一时间设置使所述第二室与所述第一室流体连通，该时间设置至少部分地取决于所述核酸扩增的持续时间，其中当所述第二室与所述第一室流体连通时，所述传热材料经历相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

155.根据权利要求154所述的方法，其进一步包括(c)使用沿所述传热表面从所述基底吸取的所述热能使所述溶液经受冷却。

156.根据权利要求154所述的方法，其中所述传热表面通过至少一种传热介质间接地与所述溶液热连通。

157.根据权利要求156所述的方法，其中所述至少一种传热介质是冷却流体。

158.根据权利要求154所述的方法，其中所述传热表面直接与所述溶液热连通。

159.根据权利要求154所述的方法，其中所述装置包含在所述第一室与所述第二室之间的密封件，所述密封件(i)当处于闭合配置时将所述第二室与所述第一室隔离，并且(ii)当处于打开配置时使所述第二室与所述第一室流体连通。

160.根据权利要求159所述的方法，其中(b)包括将所述密封件从所述闭合配置致动到所述打开配置，以使所述第一室与所述第二室流体连通，其中当所述密封件处于打开配置时，所述传热材料经历相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

161.根据权利要求160所述的方法，其中(b)包括使所述传热材料经历从所述第一室向所述第二室的流动，以与所述传热表面接触，其中在与所述传热表面接触后，所述传热材料经历所述相变以产生蒸汽。

162.根据权利要求159所述的方法，其中所述密封件是所述第一室与所述第二室之间的流体流动路径的一部分。

163.根据权利要求159所述的方法，其中通过刺穿而将所述密封件从所述闭合配置致动到所述打开配置。

164.根据权利要求159所述的方法，其中所述密封件是所述第一室与所述第二室之间的阀门的一部分，并且其中所述密封件通过打开所述阀门从所述闭合配置致动到所述打开配置。

165.根据权利要求154所述的方法，其中所述传热材料是传热液体。

166.根据权利要求165所述的方法，其中(b)包括使所述传热液体经历从所述第一室向所述第二室的流动，以与所述传热表面接触。

167.根据权利要求165所述的方法，其中所述传热液体包括水。

168.根据权利要求165所述的方法，其中所述传热液体包括醇。

169.根据权利要求168所述的方法，其中所述醇包括异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和/或戊醇。

170.根据权利要求154所述的装置，其中所述传热材料具有至少3kPa的蒸汽压。

171.根据权利要求154所述的装置，其中所述传热材料包含碳骨架。

172.根据权利要求171所述的装置，其中所述碳骨架包含至多七个碳原子。

173.根据权利要求154所述的方法，其中所述装置进一步包含第三室，该第三室通过所述第二室与所述第三室之间的至少一个流体流动路径与所述第二室流体连通，其中所述第三室接收在所述传热材料经历所述相变时产生的蒸汽。

174.根据权利要求173所述的方法，其中所述第三室包含捕获所述蒸汽的捕获材料。

175.根据权利要求174所述的方法，其中所述捕获材料包括吸湿性材料。

176.根据权利要求174所述的方法，其中所述捕获材料包括干燥剂。

177.根据权利要求174所述的方法，其中所述启动包括在(b)之前在所述第三室中提供所述捕获材料。

178.根据权利要求173所述的方法，其中所述第三室与吸取所述蒸汽的泵流体连通。

179.根据权利要求173所述的方法，其中所述第三室与一流体流动单元流体连通，所述流体流动单元使所述蒸汽经历从所述第三室向蒸汽存储器的流动。

180.根据权利要求179所述的方法，其中所述流体流动单元包括风扇。

181.根据权利要求179所述的方法，其中所述流体流动单元包括压缩机。

182.根据权利要求179所述的方法，其中所述流体流动单元包括泵。

183.根据权利要求154所述的方法，其中所述基底包含额外的传热表面。

184.根据权利要求183所述的方法，其进一步包括使冷却流体与所述额外的传热表面接触，以使所述冷却流体经受冷却。

185.根据权利要求184所述的方法，其中所述冷却流体包括水或醇。

186.根据权利要求184所述的方法，其进一步包括使用所述冷却流体来冷却包含所述溶液的反应管。

187.根据权利要求154所述的方法，其中(a)中的所述启动包括在所述第一室中提供所述传热材料。

188.根据权利要求154所述的方法，其中(a)中的所述启动包括使所述第二室与所述第一室流体连通。

189.一种用于在核酸扩增反应期间冷却包含核酸样品的溶液的方法，所述方法包括：

(a)启动热交换装置，其包含：(1)第一室，所述第一室包含传热材料；(2)第二室，所述第二室包含具有传热表面的基底，其中所述第二室与所述第一室流体隔离，并且其中所述传热表面在所述核酸扩增反应期间与包含所述核酸样品的所述溶液热连通；以及(3)在所述第一室与所述第二室之间的密封件，所述密封件(i)当处于闭合配置时将所述第二室与所述第一室隔离，并且(ii)当处于打开配置时使所述第二室与所述第一室流体连通；以及

(b)将所述密封件从所述闭合配置致动到所述打开配置，以使所述第一室与所述第二室流体连通，其中在所述打开配置下，所述传热材料经历相变，所述相变沿着所述传热表面从所述基底吸取热能，以使所述溶液经受冷却。

190.根据权利要求189所述的方法，其进一步包括(c)使用沿所述传热表面从所述基底吸取的所述热能使所述溶液经受冷却。

191.根据权利要求189所述的方法，其中所述传热表面通过至少一种传热介质间接地与所述溶液热连通。

192.根据权利要求189所述的方法，其中所述传热表面直接与所述溶液热连通。

193.根据权利要求189所述的方法，其中所述传热材料是传热液体。

194.根据权利要求193所述的方法，其中(b)包括使所述传热液体经历从所述第一室向所述第二室的流动，以与所述传热表面接触。

195.根据权利要求189所述的方法，其中所述装置进一步包含第三室，该第三室通过所述第二室与所述第三室之间的至少一个流体流动路径而与所述第二室流体连通，其中所述第三室接收在所述传热材料经历所述相变时产生的蒸汽。

196.根据权利要求195所述的方法，其中所述第三室包含捕获所述蒸汽的捕获材料。

197.根据权利要求196所述的方法，其中所述捕获材料包括吸湿性基底。

198.根据权利要求196所述的方法，其中所述捕获材料包括干燥剂。

199.根据权利要求196所述的方法，其中所述启动包括在(b)之前在所述第三室中提供所述捕获材料。

200.根据权利要求199所述的方法，其中所述基底包含额外的传热表面。

201.根据权利要求200所述的方法，其进一步包括使冷却流体与所述额外的传热表面接触，以使所述冷却流体经受冷却。

202.根据权利要求201所述的方法，其进一步包括使用所述冷却流体来冷却包含所述溶液的反应管。

203.根据权利要求189所述的方法，其中(a)中的所述启动包括在所述第一室中提供所述传热材料。

204.根据权利要求189所述的方法，其中(a)中的所述启动包括使所述第二室与所述第一室流体连通。