CN111065928B - 集加热器、振荡器和磁铁于一体的样品处理装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种集加热器、振荡器和磁铁于一体的样品处理装置，通过将样品容器安装在样品台上，将磁铁移至第一列样品容器的底部附近以施加磁场，将磁铁移至第二列样品容器的底部附近，并将加热器元件移至第一列样品容器的底部附近，用以处理样品容器中的样品。当磁场施加于第二列样品容器时，热能施加于第一列样品容器。对于其他列，可重复上述过程。样品容器还可通过振荡来搅拌样品。本发明的独立装置可实现加热、震荡和施加磁场的应用，而无需将样品容器转移至不同工作站。

Description

集加热器、振荡器和磁铁于一体的样品处理装置

相关申请

本申请要求申请号为15/668,039，申请日为2017年8月3日，标题为“集加热器、振荡器和磁铁于一体的样品处理装置”的美国专利的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明大致涉及通过加热、振荡和磁性分离来处理样品，例如液体中的生物或化学样品。特别地，本发明涉及一种集成加热，回旋式振荡和磁珠分离的设备。

背景技术

许多处理和分析样品的方法包括加热、振荡、施加磁场等步骤，例如从样品中提取目标化合物。通常来说，加热、振荡、施加磁场这三个步骤是在三个单独的工作站进行的，例如使用振荡器、磁分离装置和加热器。

一个例子是实现血液样品中DNA杂交和纯化的一类方法。在样品容器中提供由液体缓冲液中携带的DNA组成的样品。将磁珠添加到容器中。磁珠可以根据需要进行功能化，使得DNA分子结合到磁珠上。然后将容器安装到振荡器上，例如回旋式振荡器。振荡器搅动样品，获得磁珠与样品的均匀混合物，从而提高与磁珠结合的DNA的产率。振荡之后，将样品从振荡器中取出，转移至磁分离装置中。将样品分放到试管中，并将试管安装到磁分离装置的试管架上。磁分离装置包括位于试管侧面附近的永久磁铁。永久磁铁将磁珠吸引到试管侧面，从而将磁珠集中在试管的一个区域。然后将缓冲液从试管中取出，并放入乙醇作为清洗步骤。然后将样品送回振荡器，再次运行振荡器以将乙醇和磁珠分散在试管中。然后将样品送回到磁分离装置，以再次浓缩磁珠。上述振荡和磁珠分离的步骤可以重复一次或多次。然后将样品从磁性分离装置中取出并运送到加热块。用加热块加热，使乙醇蒸发，并使磁珠风干。然后可以用合适的溶剂洗涤步骤从磁珠上洗脱DNA。

传统的加热，振荡和施加磁场的方法有不利之处。加热、振荡和磁性分离所需的三个独立工作站会占用工作台上的过多空间。使用三个独立的工作站需要手动处理样品并将其从一个工作站传输到另一工作站，这很耗时，并且有可能污染样品。因此，这些问题需要被解决。

发明内容

为了完全或部分地满足前述需求和/或本领域技术人员可能已经观察到的其他需求，本申请提供了如以下实施例所阐述的方法、过程、系统、装置、仪器和/或设备。

根据一个实施例，一种样品处理设备，包括：样品台，其具有开口，该样品台被配置为支撑样品支撑件，使得样品支撑件覆盖开口；第一台架，其被配置为沿第一轴线移动；第二台架，其被配置为沿与第一轴线垂直的第二轴线交替地朝该开口移动或远离该开口，第二台架耦合至第一台架，其中第二台架可与第一台架一起沿第一轴线移动；多个加热器元件，其设置在第二台架上，并且沿与第一轴线和第二轴线垂直的第三轴线呈线性排列；多个磁铁，其设置在第二台架上，并且沿第三轴线呈线性排列，其中：磁铁位于加热器元件附近，使得每个磁铁沿第一轴线与相应的一个加热器元件间隔开；第一台架被配置为沿第一轴线依次将加热器元件和磁铁移动到多个列位置，其中，在将样品支撑件安装到样品台上时，在各个列位置，至少加热器元件或磁铁与样品支撑件的一列样品容器对齐，该列沿第三轴线排列；第二台架被配置为，在每个列位置处，将加热器元件和磁铁在较上方位置和较下方位置间移动，在所述较上方位置，当样品支撑件安装到样品台上时，加热器元件和磁铁靠近样品支撑件，在所述较下方位置，加热器元件和磁铁远离样品支撑件。

在一个实施例中，样品处理装置包括控制器，该控制器被配置为控制第一台架和第二台架的运动。

根据另一个实施例，一种用于处理样品的方法，包括：提供样品支撑件，该样品支撑件包括多个样品容器，其排列成由多个列和多个行组成的阵列，其中所述多个列包括至少第一列和与第一列相邻的第二列，第一列包含第一列的一个或多个样品容器中的一个或多个样品，第二列包含第二列的一个或多个样品容器中的一个或多个样品；将样品支撑件安装于样品台，使得样品支撑件覆盖样品台的开口，其中开口具有允许样品容器通过开口暴露的区域；将多个磁铁移至第一列样品容器的底部附近；将磁铁产生的磁场施加到第一列的样品容器上，以使第一列的一个或多个样品暴露于一个或多个磁场中；将磁铁产生的磁场施加到第一列的样品容器上，以使第一列的一个或多个样品暴露于一个或多个磁场中；将多个磁铁移至第二列样品容器的底部附近，同时样品支撑件仍安装在样品台上；将多个加热器元件移至第一列样品容器的底部附近；以及将加热器元件散发的热能施加到第一列的样品容器上，以使第一列的一个或多个样品暴露于热能中。

在一个实施例中，样品容器之间的间距为容器至容器的间距，加热器元件之间的间距等于容器至容器的间距，磁铁之间的间距等于容器至容器的间距，并且每个磁铁与相应的一个加热器元件彼此间隔，间距等于容器至容器的间距。

通过检查以下附图和详细描述，本发明的其他设备、装置、系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员是或将变得显而易见。所有这些附加的系统、方法、特征和优点都应包括在本说明书中，并应在本发明的保护范围内，并受所附权利要求的保护。

附图说明

通过参考以下附图可以更好地理解本发明。附图中的组件不一定按比例绘制，重点意在说明本发明的原理。在附图的不同视图中，相同的参考数字表示对应的部分。

图1是根据一个实施例的样品处理装置示例的透视图。

图2是从与图1所示相反的一侧看的样品处理装置的另一透视图。

图3是可与图1所示的根据一个实施例的样品处理装置一起使用的样品支撑件示例的透视图。

图4是图1所示的样品处理装置的俯视图。

图5是图1所示的样品处理装置的侧视图，其中去除了各种部件以主要示出振荡器和框架。

图6是根据一个实施例的偏心驱动联轴器的示例的俯视图。

图7是根据一个实施例的偏心引导联轴器的示例的俯视图。

图8是图1所示的样品处理装置上部的侧视图，所示为根据一个实施例的位于第一列较上方位置的加热器和磁铁组件。

图9是图1所示的样品处理装置上部的侧视图，所示为根据一个实施例位于第一列较下方位置的加热器和磁铁组件。

图10是图1所示的样品处理装置上部的侧视图，所示为根据一个实施例位于第二列较下方位置的加热器和磁铁组件。

图11是图1所示的样品处理装置上部的侧视图，所示为根据一个实施例位于第二列较上方位置的加热器和磁铁组件。

具体实施方式

如本文所用，术语“流体”在一般意义上用于指代可流经导管的任何物质。因此，术语“流体”通常可以指液体或气体，除非另有说明或上下文另有规定。

如本文所用，术语“液体”通常是指可流动的物质。液体可以是混合物的一部分，该混合物还包括诸如(生物)化学化合物，微珠或其他颗粒之类的材料。在这种情况下，液体可以被描述为包括或包含该材料，或者该材料可以被描述为在该液体中，或在该液体携带或被该液体携带。该材料可以通过任何机制在液体中“携带”。作为示例，液体材料混合物可以是溶液，悬浮液，胶体或乳剂。液体中可能存在固体颗粒和/或气泡。

如本文所用，术语“(生物)化学化合物”涵盖化学化合物和生物化合物。化学化合物可以是例如小分子或高分子量分子(例如，聚合物)。生物化合物可以是例如生物聚合物。

术语“核酸”和“多核苷酸”在本文中可互换使用，以描述任何长度的聚合物，例如，大于2个碱基，大于10个碱基，大于100个碱基，大于500个碱基，大于1000个碱基，或高达大于10000个碱基或更多由核苷酸组成的碱基，例如，脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸，并且可通过酶促或合成的方式产生(例如，如美国专利No.5,948,902及其中引用的参考文献中所述的PNA)，并且可以以类似于两种天然存在核酸的序列特异性方式与天然存在核酸杂交，例如可以参与Watson-Crick碱基配对相互作用。除脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)外，术语“核酸”和“多核苷酸”还可涵盖肽核酸(PNA)，锁核酸(LNA)和非结构化核酸(UNA)。

图1是根据一个实施例的样品处理装置100的透视图。图2是从与图1所示相反的一侧看的样品处理装置100的另一透视图。出于描述目的，图1和2(以及其他附图)包括笛卡尔坐标(X，Y，Z)参考系，其原点相对于图示装置100被任意地定位通常，X轴和Y轴位于水平面内，使得Z轴沿垂直方向取向。这些轴可替代地称为方向。出于描述目的，X轴，Z轴和Y轴分别替代地称为第一轴线或方向，第二轴线或方向以及第三轴线或方向。

装置100被配置为执行样品的加热，振荡(搅动)和磁珠分离(使用磁珠分离分析物)，如下所述。为实现这些功能，装置100通常包括加热器104，磁铁组件108和振荡器112。装置100通常还包括支撑加热器104，磁铁组件108，振荡器112以及装置100的各种其他部件的框架116。框架116可包括一个或多个结构，例如下板或基座120，上板124，以及一个或多个在基座120和上板124之间(通常垂直)延伸的侧壁(或梁)128。

装置100可以是集成了加热，振荡和磁珠分离操作的独立装置。装置100可以被封闭在外壳(未示出)中。外壳(如果提供的话)可以被配置为将装置100(包括由装置100处理的样品)与环境隔离。外壳可以被配置为提供基本无尘的环境。外壳可以被配置为提供例如在温度，压力，湿度等方面的环境控制。装置100可以是相关系统的一部分(例如，在相关系统内部，与其连接或邻近)。因此，基座120可以设置在合适的表面上，例如工作台或桌子上，或者在外壳或相关系统的表面上，该外壳或相关系统本身设置在合适的表面上，例如工作台或桌子上。相关系统(如果提供)可以是配置为执行与样品制备，处理和/或分析有关的功能的任何设备或系统。作为示例，相关系统可以被配置用于实验室器具的处理(例如，机器人的抓握和运输)，液体的处理(例如，如使用移液器和相关的泵、阀门和管对样品、溶液、溶剂、试剂、标签(如染料)等进行抽吸、运输和分配)，样品制备(例如，添加液体，如试剂、缓冲液、稀释剂等)，样品检测或测量(例如，基于光学的检测/测量或成像，例如基于荧光、发光、吸光度、显微镜等)，以及可唯一识别样品或样品容器的条形码或其他标记的光学读取等。

装置100可以被配置为处理一个或多个样品，并且可以被配置为同时处理多个样品。一个或多个样品(和/或其所在的液体)可能互不相同，或者所有样品都可能相同。可以将一个或多个样品支撑件在一个或多个相应的样品容器中。振荡器112被配置为接收一个或多个样品容器，其接收方式能够有效地将振荡器112产生的振荡动作传递到容器中，并在振动过程中将容器固定在振荡器112上。因此，振荡器112的配置使安装在其上的容器将按照振荡动作移动。在一些实施例中，振荡器112额外配置为，其上安装的容器将随所述振荡器112的振荡(移动)组件移动，但不会相对于所述振荡组件移动。

图3为可与根据一个实施例的装置100一起使用的样品支撑件300的示例的透视图。在本实施例中，样品支撑件300包括支撑结构332，其配置为限定或支撑多个单独样品容器336(室、孔等)，其中单独样品容器可分别包含单个样品。在所示实施例中，样品支撑件300为多孔微量滴定板或微孔板，其包含一组二维阵列的孔(样品容器336)。在一典型的实施例中，二维阵列是孔的2：3矩形矩阵。在本实施例中，样品支撑件300包括十二列和八行的孔，总共96个孔。在所示的示例中，每列中的样品容器336沿Y轴(第三轴线或方向)呈线性排列并彼此间隔开，各列沿X轴(第一轴线或方向)彼此相邻。并且，每行中的样品容器336沿X轴呈线性排列并彼此间隔开，各行沿Y轴彼此相邻。孔阵列的配置可符合标准格式，如美国国家标准协会/实验室自动化与筛选协会(ANSI/SLAS)的多孔板标准，上述标准在提交本申请时是现行的。孔(或其他类型的样品容器336)的间距，例如两个相邻孔的中心之间的距离，在本文中称为孔间距P，在整个阵列中可以是一致的。例如，孔间距P可以按照ANSI/SLAS4-2004(R2012)的规定：微孔板—孔位。因此，在一个非限制性示例中，孔间距P在96孔格式的情况下为9.0mm，或者在考虑由ANSI/SLAS 4-2004规定的位置公差时为约9.0mm。

在其他实施例中，列的数量可以大于或小于十二，行的数量可以大于或小于八。X-Y平面中的孔(或其他类型的样品容器336)的横截面可以是圆柱形的(如图所示)或多边形的。孔沿其深度(Z轴)的侧面轮廓可以是直的或锥形的，并且可以具有一个或多个过渡部分，在这些过渡部分处横截面会明显减小(降低)。样品支撑件300的全部或一部分(例如，样品容器336的底部)可以是光学透明的，以实现光学读取。在其他实施例中，样品容器336可以从支撑结构332移除。例如，支撑结构332可以是架子等，并且样品容器336可以是由架子支撑的小瓶等。

图1、2和4-7显示了振荡器112的组件。图4是装置100的俯视图。图5是装置100的侧视图，其中去除了各种部件以主要示出振荡器112和框架116。振荡器112包括样品(或振荡器)台(或平台)140，在其上安装样品支撑件(例如，图3所示的样品支撑件300)。样品台140是可移动的，以执行振荡动作。样品台140可以包括具有任何合适配置的安装特征144，用于耦合到样品支架300的互补安装特征(未示出)或与样品支架300接合，从而使得样品支撑件300能够牢固地安装到样品台140。如图5所示，振荡器112还包括电动机548(例如无刷直流(DC)电动机之类的直流(DC)电动机)，其输出轴552由电动机548带动旋转。电动机548通过旋转的输出轴552和连接在输出轴552和样品台140之间的合适的传动装置来驱动样品台140的运动(从而振荡样品支撑件300和样品支撑件300所包含的样品)。

在本实施例中，振荡器112被配置为回旋式振荡器，即，振荡器112被配置成将回旋式运动传送到样品台140，最终传送到安装在样品台140上的样品支撑件300。在该实施例中，振荡器112包括偏心驱动联轴器156和安装在样品台140上的一个或多个偏心引导联轴器160。所示实施例包括四个偏心引导联轴器160，但是也可以设置多于或少于四个。偏心驱动联轴器156和偏心引导联轴器160的位置可以分布在样品台140的整个覆盖区中，以将振荡力传送到样品支撑件300上。轴联轴器564(通过输出轴552)将电动机548和偏心驱动联轴器156相互联接。因此，电动机548主动地驱动偏心驱动联轴器156的回旋式运动，并且作为响应，偏心引导联轴器160被动地跟随主动驱动的回旋式运动。

图6是偏心驱动联轴器156的俯视图。偏心驱动联轴器156包括驱动轴668，该驱动轴668通过与驱动轴668同轴的轴承676附接到驱动偏心盘672。驱动轴668与其中心轴线同轴旋转。然而，由于驱动轴668的旋转，偏心形状的驱动偏心盘672围绕着驱动轴668的中轴旋转，正如本领域技术人员所理解的那样，使得样品台140产生回旋式振荡运动。轨道相对于驱动轴668的中心轴线的径向范围由偏移量680限定，该偏移量可以是一毫米或几毫米。

图7是一种偏心引导联轴器160的俯视图。偏心引导联轴器160的构造和操作类似于偏心驱动联轴器156。相应地，偏心引导联轴器160包括引导轴768，该引导轴768通过与引导轴668同轴的轴承776附接到引导偏心盘772。引导轴768与其中心轴同轴旋转，而引导偏心盘772围绕引导轴768的中心轴旋转，其偏移量780与偏心驱动联轴器156的偏移量680相同。引导轴768不是主动驱动的，而是响应于直接由电动机548驱动的驱动轴668的旋转以及由此产生的样品台140和引导偏心盘772的回旋式运动而旋转。

参照图4，加热器104可包括一个或多个加热器元件184，其位于样品台140下方，因此，当安装到样品台140上时，加热器元件将位于样品支撑件300下方(图3)。在采用了多容器样品支撑件300的本实施例中，加热器104包括加热器元件184的线性阵列。与样品支撑件300的列类似，加热器元件184沿Y轴(第三轴线或方向)呈线性排列并彼此间隔开。加热器元件184的数量与设置在样品支撑件300的每一列中的样品容器336的数量相同(在本实施例中为八个)。加热器元件184具有加热器间距，其与样品容器336的孔间距P(图3)相同。因此，当加热器元件184位于样品容器336的任何给定列的下方时，每个加热器元件184可以与样品容器336中相应的一个相关联。此外，加热器元件184的中心能够与样品容器336在X-Y平面上的各个中心对准。加热器元件184可以是圆柱形的或具有圆柱形部分。在一个实施例中，加热器104为电阻加热装置，在这种情况下，加热器元件184可以由具有良好导热性的材料构成，例如金属(金属或金属合金)组分，并且可以与一条带状电阻材料热(通常为物理)接触。在这种情况下，可以通过使电流流过电阻材料来加热加热器元件184，由此将从电阻材料发出的热通过热传导传递给加热器元件184。因此，热能从加热器元件184散发并通过对流传递到样品容器336。

同样在本实施例中，加热器元件184是可移动的，使得它们可以被逐列调配。即，加热器元件184是可移动的，使得它们可以与样品支撑件300中的样品容器336中的每一列依次对齐。为此，加热器元件184可在X-Y平面(在本实施例中沿X轴)的至少一个水平(第一)方向上移动(可平移)。特别地，第一方向是列彼此相邻的方向，从而允许加热器元件184连续处理每个列。加热器元件184还可以在垂直(第二)方向(沿Z轴)上移动(可平移)，以使加热器元件184能够朝着样品容器336移动(升高)并远离(降低)样品容器336移动，从而选择性地将热能施加到样品容器336。

如图2所示，装置100包括台架组件134。台架组件134包括第一台架188和第二台架192，以实现加热器元件184的运动。第一台架188被配置为沿着第一(X)轴线移动，第二台架192被配置为沿着第二(Z)轴线移动。第一台架188由第一台架电动机196(例如，双向步进电动机)驱动，该第一台架电动机196经由合适的传动装置206耦合到第一台架188，例如所示的齿形带和皮带轮装置。第一台架188的运动可以由一个或多个第一线性导轨110引导。第二台架192由第二台架电动机214(例如，双向步进电动机)通过合适的传动装置218耦合到第二台架192，例如齿条和小齿轮装置，螺杆驱动器等。第二台架192的运动可由一个或多个第二直线导轨122引导。在本实施例中，第二线性导轨122被安装到第一台架188上，第二台架192位于第一台架188和样品台140之间。另外，加热器元件184安装在第二台架192上。通过这种配置，第二台架192(也即加热器元件184)相对于第一台架188朝样品台140移动以及远离样品台140移动(因此样品支撑件300安装在样品台140上)。此外，第一台架188将第二台架192(也即加热器元件184)沿第一个(X)方向移动，以依次处理样品支架300的各列。

参照图4，磁铁组件108可包括一个或多个磁铁126，其位置低于样品台140，因此，当安装到样品台140上时，磁铁将位于样品支撑件300下方(图3)。在采用了多容器样品支撑件300的本实施例中，磁铁组件108包括磁铁126的线性阵列。与样品支撑件300和加热器元件184的列类似，磁铁126沿Y轴(第三轴线或方向)呈线性排列并彼此间隔开。磁铁126的数量与设置在样品支撑件300的每一列中的样品容器336的数量相同(在本实施例中为八个)。磁铁126具有磁铁间距，其与样品容器336的孔间距P(图3)相同。因此，当磁铁126位于样品容器336的任何给定列的下方时，每个磁铁126可以与样品容器336中相应的一个相关联。此外，磁铁126的中心能够与样品容器336在X-Y平面上的各个中心对准。磁铁126可以是圆柱形的(或环形的)。磁铁126可以是永久磁铁(例如，钕)，或者可以是电磁铁。

与本实施例中的加热器元件184类似，磁铁126可在至少第一(X)方向上移动，使得它们可以与样品支撑件300中的样品容器336中的每一列依次对齐，由此依次处理每一列。磁铁126还可沿第二(Z)方向移动，使得磁铁126能够朝着样品容器336移动以及远离样品容器336移动，从而选择性地将由各个磁铁126产生的局部磁场施加到样品容器336。因此，磁铁126可以通过X和Z台架移动。在本实施例中，磁铁126安装在与加热器元件184相同的台架组件134上，因此台架组件134也可以被称为加热器/磁铁台架组件134。磁铁126安装在第二台架192上，因此，相同的第一台架188和第二台架192被用于移动加热器元件184和磁铁126。这种配置减少了所需电动台架的数量，使得磁铁126的线性阵列定位成与加热器元件184的线性阵列相邻。加热器元件184和磁铁126具有磁铁-加热器间距，该间距即加热器元件184与与其相邻的相应磁铁126沿第一(X)方向上的间距。从图4可以明显看出，磁铁-加热器间距可以与样品容器336的孔间距P(图3)相同。因此，磁铁126可以与一列相应样品容器336对齐并向其施加磁场，而加热器元件184可以与相邻列的相应样品容器336对齐并向其施加热能。

如图4所示，样品台140通常具有与两个相对的侧部区域442邻接的两个相对的端部区域438，以及穿过样品台140的厚度的开口130，该开口130由端部区域438和侧部区域442的内部边缘限定。当安装在样品台140上时，开口130足够大，可横跨样品支撑件300的整个样品容器336阵列的区域。因此，开口130在样品支撑件300的底侧暴露所有样品容器336，从而使得加热器元件184和磁铁126能够接触所有样品容器336，即，使得加热器元件184和磁铁126沿着第二(Z)方向移动到紧邻样品容器336的底部的位置，并施加热能和磁场。此外，偏心驱动联轴器156位于其中一个端部区域438处，偏心引导联轴器160位于侧部区域442处，便于通过加热器元件184和磁铁126接近样品容器336的底部。

在一个实施例中，装置100可进一步包括初始位置装置(未示出)，该初始位置装置被配置为确定第二台架192的初始位置，由此确定加热器元件184和磁铁126的初始位置。初始位置可以是确定加热器元件184或磁铁126与给定列的样品容器336对齐(或相对于Z轴同轴)的位置。如果发现未对准，则可以调节第一台架188以校正该未对准。为此，如本领域技术人员所应理解的，初始位置装置可以与装置100的系统控制器通信(向其提供反馈信号)，该系统控制器控制台架组件134的操作。作为非限制性示例，初始位置装置可以是光电断路器，光编码器，继电器开关或本领域技术人员所理解的其他合适的传感器。

图8-11示出了加热器104和磁铁组件108的操作(尤其是运动)。具体地，图8-11是设备100的较上方部分的侧视图，示出了由台架组件134实施的加热器104和磁铁组件108的一系列移动。图8-10进一步示出了安装在样品台140上的样品支架300。样品支撑件300以横截面示出，使得样品容器336是可见的。样品容器336的前三列分别标记为C1、C2和C3，最后一列标记为C12。在该示例中，从图8-11的角度，第一列C1被任意选择为最左边的列。因此，从图8-11的角度来看，加热器104和磁铁组件108在第一(X)方向(或列-列的方向)上的运动进程是从左到右。

图8示出了加热器104和磁铁组件108处于相对于各列的初始或第一列位置。磁铁组件108在第一(X)方向上位于加热器104之前，该第一(X)方向也可以称为列-列的方向。因此，在第一列的位置上，磁铁126与第一列C1对齐(在第二(Z)方向上垂直)，而加热器元件184位于样品容器336的阵列的覆盖范围之外(在样品支撑件300的左端)，因此未与任何列对齐。在第一列的位置上，加热器104可以关闭(或处于非活动状态)，使得加热器元件184不主动散发热能。在第一列位置和所有后续列位置上，加热器104和磁铁组件108可相对于第二(Z)方向在上方(或升高)位置和下方(或降低)位置之间移动。

图8示出了第一列的较上方位置，在该位置，磁铁126靠近第一列C1的样品容器336。在第一列的较上方位置，第一列C1的样品容器336中容纳的样品浸入由磁铁126产生的各个磁场中，或者至少浸入磁场的强区域中。换句话说，在第一列的较上方位置中，磁铁126与样品容器336的底部距离很近，施加到样品容器336的磁场对于其预期目的是有效的(例如，将磁珠下拉到样品容器336的底部)。相比之下，图9示出了第一列的较下方位置，在该位置上，加热器元件184和磁铁126与样品容器336的距离更远。在第一列的较下方位置，样品容器336不再浸入磁场中，或者至少不再浸入磁场的强区域中。换句话说，在第一列的较下方位置中，磁铁126与样品容器336的底部距离很远，施加到样品容器336的磁场不能达到预期的目的。在任何较下方的列位置，加热器104可以关闭，或者至少可以与样品容器336保持足够大的距离，使得少量的热能将被储存在样品容器336中。同样，在较上方的列位置，如果不是用来加热加位于热器元件184上方的样品容器336的列，则加热器可以关闭。

加热器104和磁铁组件108可以在图8所示的第一列较上方位置上保持任意一段时间，这取决于正在实施的样品处理的类型。然后可以按照以下方式将加热器104和磁铁组件108调配到第二列位置。首先，如图8中向下箭头所示，将加热器104和磁铁组件108从图8中所示的第一列较上方位置下降到图9中所示的第一列较下方位置。如上所述，加热器104和磁铁组件108通过平移第二台架192来下降。在第一列较下方位置，磁铁126仍与第一列C1对齐，而加热器元件184仍位于样品容器336的阵列的覆盖范围之外，但是现在加热器元件184和磁铁126被放置于远离样品容器336处。

接下来，在加热器104和磁铁组件108仍处于第一列较下方位置的情况下，如图8中的向右箭头所示，加热器104和磁铁组件108从第一列较下方位置向前平移一步至如图10所示的第二列较下方位置。在第二列较下方位置，磁铁126与第二列C2对齐(但与之相隔较远)，加热器元件184与第一列C1对齐(但与之相隔较远)。如上所述，加热器104和磁铁组件108通过将第一台架188向前平移来向前平移一步。

接下来，在加热器104和磁铁组件108仍处于第二列较下方位置的情况下，加热器104和磁铁组件108从第二列较下方位置上升(如图8中的向上箭头所示)至如图11所示的第二列较上方位置。如上所述，加热器104和磁铁组件108通过向上平移第二台架192来升高。在第二列较上方位置，如果加热器104开启，则容纳在第一列C1的样品容器336中的样品将暴露于从加热器元件184发出的热能中。.同样在第二列的较上方位置，第二列C2的样品容器336中容纳的样品浸入由磁铁126产生的各个磁场中，或者磁场的强区域中。通过这种配置，磁场和热能可以依次施加于第一列C1，并且随后施加于样品容器336阵列的每个连续列。

加热器104和磁铁组件108可以在图11所示的第二列较上方位置上保持任意一段时间，这取决于正在实施的样品处理的类型。将加热器104和磁铁组件108调配到下一(第三)列位置，在该位置，磁铁126与第三列C3对齐，加热器元件184与第二列C2对齐。重复图8-11和图8箭头所示的一系列运动，直至样品支撑件300中的样品容器336的所有列都已处理完毕，即，受到磁场和热能的作用。在一些实施例中，最后一列的位置可以对应于最后一列(在本示例中为第十二列)C12对齐的加热器元件184，并且磁铁126位于样品容器336的阵列的覆盖范围之外(在样品支撑件300的右边末端)且未与任何列对齐。

因此，装置100使得磁场能够同时被施加到多个样品(诸如在样品容器336的同一列中)，并且随后使热能同时被施加到同一组样品上。此外，振荡器112可以根据所执行的方法在任何时候进行操作。如果需要，可以将加热器104和磁铁组件108降低到较下方位置，为振荡器112提供操作间隙。因此，装置100使得能够利用加热、振荡、施加磁场的组合来实现各种各样的样品处理方案。装置100集加热、震动和磁场施加这三个操作于一个工作站，即所述装置100。因此，无需传统的分别用于加热、震动和磁场施加的独立站。这种集成配置减少了进行加热、震动和磁场施加所需的硬件总体占用空间。集成配置无需将样品支撑件从一个工作站传输到另一工作站，从而提高了处理量(减少了处理时间)并降低了污染样品的风险。

通常，磁铁组件108可用于需要将磁场施加到样品的任何方案。作为一个非限制性示例，磁铁组件108可以用于磁珠分离。在磁珠分离中，将磁珠添加到样品中以形成悬浮液，其中磁珠分布在整个样品液相中。珠子的尺寸可以为纳米量级(例如，至多约1000nm，或1微米(μm))，或为微米量级(例如，约1μm至约1000μm)。如本领域技术人员所理解的，上述珠子可以由二氧化硅或其他合适的材料组成。可以通过涂覆氧化铁或其他合适的磁性材料，使珠子具有磁性(响应磁场)。磁性材料可以是永磁材料，或者可以是被磁场永久或暂时磁化的材料。为了方便起见，在本申请中，术语“磁性”涵盖所有这样的材料。所述珠子也可以用探针或配体进行功能化，所述探针或配体具有与样品(或感兴趣的目标化合物)中需要分离的分析物特异性结合的组合物。分析物可以是生物化合物，例如核酸，其可以是杂交的核酸。或者，分析物可以是化合物。在将磁珠添加到样品中之后(例如在样品支撑件300的一个样品容器336中的样品)，样品中的分析物将与磁珠(或磁珠的探针或配体，这取决于实施例)结合(或被捕获)。然后将磁铁组件108移动到磁铁126之一靠近相应样品容器336的底部的较上方位置，从而将样品浸入磁铁126产生的磁场中，如本文所述。作为响应，载有分析物的磁珠被吸引到磁铁126，从而被下拉至样品容器336的底部，从而将捕获的分析物集中在样品容器336的底部。随后，可以通过抽吸(例如，移液)和/或蒸发来去除样品的液相。然后可将磁性颗粒在适当的溶剂中洗涤，使分析物从磁性颗粒中释放出来。然后可以从样品容器336中吸出含有分析物的溶剂。然后可以根据所实施的特定方案的要求对分析物进行进一步处理或分析。

通常，加热器104可用于任何需要加热样品的方案，例如用于温度调节或升温程序，或用于蒸发样品的挥发性液相。作为一个非限制性示例，方案(例如，结合基于磁性的分离)可涉及向样品容器336中添加挥发性溶剂，例如醇(例如，乙醇，异丙醇等)。可以利用加热器104来蒸发样品容器336中的溶剂，例如在将磁珠下拉到样品容器336的底部之后。

通常，振荡器112可用于任何需要振荡或搅动样品的方案。例如，一个或多个样品容器336中样品的振荡可用于混合、均一化、增强样品中两个或两个以上组分之间的化学反应或其它相互作用、样品中磁珠的分布或再悬浮等。

作为示例，现在将描述用于处理样品的方法。该方法可以使用本文所述的装置100，其包括加热器104、磁铁组件108和振荡器112。提供样品支撑件。样品支撑件包括多个样品容器，其排列成由多个列和多个行组成的阵列。多个列包括至少第一列和与第一列相邻的第二列。第一列包含第一列的一个或多个样品容器中的一个或多个样品，第二列包含第二列的一个或多个样品容器中的一个或多个样品。样品支撑件安装于样品台，使得样品支撑件覆盖样品台的开口。开口具有允许样品容器通过开口暴露的区域(大小)将多个磁铁移动到第一列样品容器的底部附近。将磁铁产生的磁场施加到第一列的样品容器上，以使第一列的一个或多个样品暴露于一个或多个磁场中。将多个磁铁移至第二列样品容器的底部附近，同时样品支撑件仍安装在样品台上。将多个加热器元件移至第一列样品容器的底部附近。将加热器元件散发的热能施加到第一列的样品容器上，以使第一列的一个或多个样品暴露于热能中。

多个列包括一个或多个额外的列。加热器元件和磁铁可以逐列依次移动，施加磁场和施加热能的步骤可以重复一次或多次，直到磁场和热能已相继施加于第一列、第二列和至少一个附加列的样品容器。

该方法还可包括使用本文描述的装置100来振荡样品。例如，可以在向样品施加磁场和热能的一次或多次迭代之间振荡样品。

作为另一个例子，现描述一种用于处理含有核酸(例如DNA)的样品的方法。该方法可以使用本文所述的装置100，其包括加热器104、磁铁组件108和振荡器112。

步骤如下：

1)将载有DNA的缓冲液分放到由样品支撑件(例如微孔板的孔)提供的样品容器阵列的一列或多列中。

2)将磁珠添加到样品容器中，然后启动振荡器以实现均匀混合，并使DNA与磁珠结合。

3)关闭振荡器，将磁铁移到装有DNA的样品容器的一列，从而将磁珠通过磁场下拉到样品容器的底部。

4)在所有磁珠沉降到容器底部后，将缓冲液从样品容器中吸出并丢弃。

5)然后将乙醇添加到样品容器中作为洗涤步骤。

6)重新启动振荡器，以将乙醇和磁珠分散在样品容器中。

7)关闭振荡器，磁珠被磁铁拉下。在准备进行步骤6的振荡时，可将磁铁从样品容器移开，为振荡动作提供间隙，在这种情况下，步骤7中关闭振荡器后，磁铁会移回到样品容器中。

8)在所有磁珠沉降回容器底部后，将乙醇从样品容器中吸出。

9)将步骤5-8重复一个或多个循环，例如两个循环。

10)将加热器元件移至列上，激活加热器元件使乙醇蒸发，让磁珠自然风干。

11)将合适的溶剂分放到样品容器中，使得DNA从磁珠上洗脱下来。

12)然后利用磁铁(必要时适当地重新放置)使磁珠沉降到容器底部。

13)从样品容器中吸出携带有DNA的溶剂，使DNA可以进一步进行处理或分析，例如采用与装置100分离的仪器进行处理或分析。

对于样品容器阵列的一个或多个其他列，可以重复上述步骤。

参照图1和图2，装置100还可以包括系统控制器(例如，计算机或计算设备)146。系统控制器146可以示意性地表示一个或多个模块(或单元、组件)，用于控制、监视和/或定时装置100的各种功能方面，例如加热器104、磁铁组件108、振荡器112、第一台架188(例如，耦合至第一台架188的电动机，或与电动机通信的电动机控制器)、第二台架192(例如，耦合至第二台架192的电动机，或与电动机通信的电动机控制器)以及初始位置装置等的运作。一个或多个模块可能是或包含在，例如，计算机工作站，台式电脑，或移动计算设备，如笔记本电脑、便携式电脑、平板电脑、手持式计算机、个人数字助理(PDA)、智能手机等。系统控制器146也可配置为提供和控制用户界面，该界面提供用户可以与之交互的对象或数据的屏幕显示，如样品支撑件300的地图、用于输入数据的字段和装置100的控制参数等。系统控制器146可包括一个或多个读取设备，在这些设备上可以装入非暂时性(有形的)计算机可读(机读)介质，其中包括用于执行本文所披露的所有或部分方法的指令。为了所有这样的目的，系统控制器146可经由有线或无线通信线路与装置100的各个组件进行信号通信。同样出于这些目的，系统控制器146可包括一种或多种类型的硬件、固件、其他类型的电子设备和/或软件，以及一种或多种存储器、数据库、用户输入设备和用户输出设备。用户输入设备的示例包括但不限于键盘、小键盘、触摸屏、鼠标、操纵杆、轨迹球、光笔、其他指向设备，麦克风等。用户输出设备的示例包括但不限于显示屏、打印机、可视化指示器(例如灯或发光二极管LED)、声响指示器(例如扬声器)等。

应理解，此处描述的一个或多个过程、子过程和过程步骤可以在一个或多个电子或数字控制设备上，通过硬件、固件、其他类型的电子设备、软件或上述两种或多种的组合来执行。该软件可置于合适的电子处理组件或系统(例如，图1中示意性描述的系统控制器146)中的软件存储器(未示出)中。

软件存储器可以包括用于实现逻辑功能的非临时可执行指令的有序列表(即,可以以数字形式(例如，数字电路或源代码)或以模拟形式(例如，模拟电信号、模拟声音信号或模拟视频信号等模拟源)实现的“逻辑”)。指令可以在处理模块内执行，该处理模块包括例如一个或多个微处理器、通用处理器、处理器组合、数字信号处理器(DSP)、特定用途集成电路(ASIC)以及现场可编程门阵列(FPGA)等。此外，示意图描述了具有物理(硬件和/或软件)实施方式的功能的逻辑划分，这些实施方式不受功能的体系结构或物理布局的限制。本文所述系统的示例可通过各种配置实现，并且可以作为单个硬件/软件单元中或独立的硬件/软件单元中的硬件/软件组件来操作。

可执行指令可以作为存有指令的计算机程序产品来实现，当由电子系统的处理模块(例如，图1中的系统控制器146)执行该指令时，该指令指导电子系统执行指令。可以将计算机程序产品选择性地体现在任何非临时性计算机可读存储介质中，以供指令执行系统、装置或设备(例如电子计算机系统、包含处理器的系统或其他可以选择性地从指令执行系统、装置或设备中获取指令并执行指令的系统)使用或与之相关联。在本申请的上下文中，计算机可读存储介质是可存储程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与之相关联的任何非临时手段。非暂时性计算机可读存储介质选择性地可以是例如电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备。非暂时性计算机可读介质的更具体示例的非穷举列表包括：具有一根或多根电线(电子)的电连接；便携式计算机磁盘(磁)；随机存取存储器(电子)；只读存储器(电子)；可擦除可编程只读存储器，例如闪存(电子)；光盘存储器，例如CD-ROM，CD-R，CD-RW(光学)；以及数字多功能光盘存储器，即DVD(光学)。需要注意的是，非暂时性计算机可读存储介质甚至可以是纸张或另一种打印程序的适当介质，因为可以通过例如对纸张或其他介质的光学扫描来电子捕获程序，然后进行编译、解读或在必要时以适当方式进行其他处理，然后存储在计算机存储器或机器内存中。

还应理解，这里使用的术语“信号通信”或“电气通信”是指两个或多个系统、设备、组件、模块或子模块能够经通过某种信号路径传递的信号相互通信。信号可以是通信信号、功率信号、数据信号或能量信号，其可以沿着第一系统、设备、组件、模块或子模块之间的信号路径，将信息、功率或能量从第一系统、设备、组件、模块或子模块传递到第二系统、设备、组件、模块或子模块。信号路径可以包括物理、电气、磁、电磁、电化学、光学、有线或无线连接。信号路径还可包括在第一和第二系统、设备、组件、模块或子模块之间的附加系统、设备、组件、模块或子模块。

更通常地，术语“通信”和“与。。。通信”.(例如，第一组件与第二组件“通信”或与第二组件“正在通信”)在本文中用于表示两个或多个组件或元件之间的结构、功能、机械、电气、信号、光学、磁性、电磁、离子或流体关系。因此，一个组件与另一个组件通信的事实，并不意味着排除了在第一个组件和第二个组件之间存在附加组件以及/或附加组件在操作上与第一个组件和第二个组件相关联或参与的可能性。

应该理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以改变本发明的各个方面或细节。此外，以上描述仅出于说明的目的，而非出于限制的目的，本发明由权利要求书限定。

Claims (18)

1.一种样品处理装置，包括：

样品台，其具有开口，所述样品台被配置为支撑样品支撑件，使得所述样品支撑件覆盖所述开口；

第一台架，其被配置为沿第一轴线移动；

第二台架，其被配置为沿与所述第一轴线垂直的第二轴线交替地朝所述开口移动或远离所述开口，所述第二台架耦合至所述第一台架，其中所述第二台架可与所述第一台架一起沿所述第一轴线移动；

多个加热器元件，其设置在所述第二台架上，其沿与所述第一轴线和所述第二轴线垂直的第三轴线呈线性排列；以及

多个磁铁，其设置在所述第二台架上，并沿所述第三轴线呈线性排列，其中：

所述磁铁位于所述加热器元件附近，使得每个所述磁铁沿所述第一轴线与相应的一个所述加热器元件间隔开，每个所述磁铁和相应一个所述加热器元件的间距等于相邻列样品容器的间距；

所述第一台架被配置为沿所述第一轴线依次将所述加热器元件和所述磁铁移动到多个列位置，其中，在将所述样品支撑件安装到所述样品台上时，在各个列位置，至少所述加热器元件或所述磁铁与所述样品支撑件的一列所述样品容器对齐，所述列沿所述第三轴线排列；

第二台架被配置为，在每个列位置处，将所述加热器元件和所述磁铁在较上方位置和较下方位置间移动，在所述较上方位置，当所述样品支撑件安装到所述样品台上时，所述加热器元件和所述磁铁靠近所述样品支撑件，在所述较下方位置，所述加热器元件和所述磁铁远离所述样品支撑件；以及

所述多个列位置包括至少一个列位置，在所述至少一个列位置处，当将所述样品支撑件安装到所述样品台上时，所述加热器元件与所述样品支撑件的第一列样品容器对齐，同时所述磁铁与邻近第一列的第二列样品容器对齐。

2.根据权利要求1所述的样品处理装置，其中：

所述加热器元件彼此间隔，间隔的距离等于加热器至加热器的间距；

所述磁铁之间彼此间隔，间隔的距离等于所述加热器至加热器的间距；

每个磁铁与相应的一个所述加热器元件沿第一轴间隔开，磁铁至加热器的间距等于加热器到加热器的间距；以及

在将所述样品支撑件安装到所述样品台上时，在各个列位置处，所述第一台架被配置为至少将所述加热器元件或所述磁铁与所述样品支撑件的相应样品容器对齐。

3.根据权利要求1所述的样品处理装置，其中，所述样品台被配置为当将所述样品支撑件安装到所述样品台上时振荡所述样品支撑件。

4.根据权利要求3所述的样品处理装置，其中，所述样品台包括部分限定所述开口的端部区域和侧部区域，并且还包括耦合到所述端部区域的驱动联轴器和耦合到所述侧部区域的引导联轴器，其中所述驱动联轴器被配置为引发所述引导联轴器的移动并振荡所述样品台。

5.根据权利要求3所述的样品处理装置，其中，所述样品台被配置为以回旋式运动来振荡所述样品支撑件。

6.根据权利要求1所述的样品处理装置，其中，在所述较上方位置处，所述加热器元件和所述磁铁位于所述开口中或延伸穿过所述开口。

7.一种用于处理样品的方法，该方法包括：

提供样品支撑件，所述样品支撑件包括多个样品容器，其排列成由多个列和多个行组成的阵列，其中所述多个列包括至少第一列和与所述第一列相邻的第二列，所述第一列包含所述第一列的一个或多个样品容器中的一个或多个样品，所述第二列包含所述第二列的一个或多个样品容器中的一个或多个样品；

将所述样品支撑件安装于样品台，使得所述样品支撑件覆盖所述样品台的开口，其中所述开口具有允许所述样品容器通过所述开口暴露的区域；

将多个磁铁移至所述第一列的所述样品容器的底部附近；

将所述磁铁产生的磁场施加到所述第一列的所述样品容器上，以使所述第一列的一个或多个样品暴露于一个或多个所述磁场中；

将所述多个磁铁移至所述第二列的所述样品容器的底部附近，同时所述样品支撑件仍安装在所述样品台上；

将多个加热器元件移至所述第一列所述样品容器的底部附近；以及

将所述加热器元件散发的热能施加到所述第一列的所述样品容器上，以使所述第一列的一个或多个所述样品暴露于热能中，以及将所述磁场施加到所述第二列的所述样品容器上。

8.根据权利要求7所述的方法，包括：将所述加热器元件移至所述第二列的所述样品容器的底部附近，将热能施加到所述第二列的所述样品容器上。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述多个列包括一个或多个额外的列，并且进一步包括：所述加热器元件和所述磁铁依次移动到所述一个或多个额外的列，重复施加磁场和施加热能的步骤一次或多次，直到所述磁场和所述热能已相继施加于所述第一列、所述第二列和至少一个额外的列的样品容器。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述样品中的至少一个包括液体和添加到所述液体中的多个磁珠，对包含所述至少一个样品的所述样品容器施加磁场，使所述磁珠被拉至所述样品容器的底部。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述至少一个样品包括多个目标化合物，所述目标化合物在向所述液体中添加所述磁珠后与所述磁珠结合，对包含所述至少一个样品的所述样品容器施加所述磁场，使所述目标化合物集中在所述样品容器的底部。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述样品中的至少一个包括液体，将热能施加到包含所述至少一个样品的样品容器中，从而使所述液体蒸发。

13.根据权利要求7所述的方法，包括振荡所述样品台以搅动所述样品。

14.根据权利要求13所述的方法，包括在一段时间内振荡所述样品台，所述一段时间选自:

将所述磁场施加到所述第一列样品容器之前；

将所述磁场施加到第一列所述样品容器之后，且将热能施加到所述第一列所述样品容器之前；以及

以上两者。

15.根据权利要求7所述的方法，其中，在每列中提供的样品容器的数量等于以下数量：磁铁的数量；加热器元件的数量；以及以上两者的数量。

16.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述多个磁铁移至所述第二列的所述样品容器的底部附近，同时将所述多个加热器元件移至所述第一列的所述样品容器的底部附近。

17.根据权利要求7所述的方法，其中：

所述列沿第一轴线彼此相邻；

所述加热器元件和所述磁铁安装在加热器/磁铁台架上；

通过将所述加热器/磁铁台架沿所述第一轴线从第一列位置移至第二列位置，将多个磁铁移至所述第一列的所述样品容器的底部附近，并且将多个磁铁移至所述第二列的所述样品容器的底部附近。

18.根据权利要求7所述的方法，其中：

所述列沿第一轴线彼此相邻；

所述加热器元件和所述磁铁安装在台架系统上，该台架系统包括配置为沿第一轴线移动的第一台架和配置为沿与所述第一轴线正交的第二轴线移动的第二台架，其中所述第二台架耦合到所述第一台架，使得所述第二台架可与所述第一台架一起沿所述第一轴线移动，所述加热器元件和所述磁铁位于所述第二台架上；

将所述多个磁铁移至所述第一列的所述样品容器的底部附近的步骤包括：将所述第二台架沿所述第二轴线朝向所述样品支撑件移动；

将所述多个磁铁移至所述第二列所述样品容器的底部附近，并将所述多个加热器元件移至所述第一列所述样品容器的底部附近的步骤包括：

将所述第二台架沿所述第二轴线移离所述样品支撑件；

将所述第一台架沿所述第一轴线从第一列位置移至第二列位置；

在第二列位置时，将所述第二台架沿所述第二轴线朝所述样品支撑件移动。