CN111712581A - 用于分析样品的便携式装置和方法 - Google Patents

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汤姆·威尔士
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Abstract

本公开内容提供了用于处理和/或分析生物样品的装置、系统、方法。用于处理和/或分析生物样品的分析装置可以包括移动托架。分析装置可以是便携式的。分析装置可以从分析装置的壳体外部的移动电子设备接收用于执行测定的指令。

Description

用于分析样品的便携式装置和方法
交叉引用
本申请要求于2017年12月15日提交的美国临时专利申请号62/599,364的优先权，上述申请通过引用整体并入本文。
背景技术
基于核酸的扩增反应现已广泛在研究和临床实验室中用于检测遗传和感染性疾病。然而，用于执行这些扩增反应的装置和系统可能是庞大的。这可能会限制其便携性以及在实地的使用。此外，需要将样品运送到实验室进行分析可能会导致处理的污染、样品降解以及获得测定结果的延迟。
发明内容
本文认识到需要用于分析生物样品的便携式分析装置。本公开内容提供了用于在基本上无实验室的环境中扩增和/或检测来自样品的分析物的便携式分析装置和方法。这样的测定的结果可以针对可能需要这样的结果的用户，诸如受试者。然后，用户可以将测定结果用于各种目的，包括鉴定疾病(例如，感染性疾病或污染)。
在一些方面，本公开内容提供了用于处理生物样品的便携式分析装置。在一些实施方式中，装置包括壳体。在一些实施方式中，装置包括壳体内的至少一个加热块。在一些实施方式中，至少一个加热块包括被配置用于接收包含生物样品的测定管的凹部。在一些实施方式中，至少一个加热块包括在25摄氏度下具有小于约0.5焦耳/(克x摄氏度)的比热容的材料。在一些实施方式中，装置包括与至少一个加热块热连通的至少一个加热单元。在一些实施方式中，至少一个加热单元通过至少一个加热块向测定管提供热能。在一些实施方式中，装置包括包含激发滤光器(excitation filter)和发射滤光器(emission filter)的至少一个光路。在一些实施方式中，至少一个光路被配置用于将激发能从激发源提供至测定管。在一些实施方式中，装置包括安设在壳体内的电源。在一些实施方式中，电源被配置用于向加热单元和激发源中的至少一个提供功率。在一些实施方式中，装置包括处理单元，该处理单元包括在壳体内的电路，其中该处理单元被配置用于指令激发源以提供激发能。在一些实施方式中，处理单元可操作地耦合到至少一个加热单元和激发源。在一些实施方式中，处理单元被配置用于与壳体外部的移动电子设备通信。在一些实施方式中，处理单元被配置用于从壳体外部的移动电子设备接收指令以处理测定管中的生物样品。在一些实施方式中，处理单元被配置用于响应于指令，(i)指令至少一个加热单元向至少一个加热块提供热能，以向测定管提供热量，以及(ii)指令激发源以提供激发能。在一些实施方式中，指令包括至少一个加热单元的温度和/或至少一个加热单元保持在该温度下的持续时间。在一些实施方式中，装置包括通信单元，该通信单元提供处理单元与移动电子设备之间的无线通信。在一些实施方式中，至少一个加热块包括多个加热块，其中至少一个加热单元包括多个加热单元，并且其中多个加热块中的给定加热块与多个加热单元中的给定加热单元热连通。在一些实施方式中，至少一个加热块包括安设在至少一个加热块的第一侧上的第一开口，以允许激发能传递到测定管内的生物样品，以及在至少一个加热块的第二侧上的第二开口，以允许来自测定管内的生物样品的发射能的光学检测。在一些实施方式中，该材料选自铝、玻璃、铁、镍、锌、铜、黄铜、银及其任何组合。在一些实施方式中，用于构造至少一个加热块的材料的体积小于约0.5立方厘米。在一些实施方式中，至少一个加热单元包括电阻加热器。在一些实施方式中，至少一个加热单元被热固化到至少一个加热块。在一些实施方式中，至少一个光路包括一个或多个光管，以将激发能从激发源传送到测定管。在一些实施方式中，一个或多个光管包括：第一端，其包括单个管；第二端，其包括两个或更多个管；以及在其间的分支部分。在一些实施方式中，激发源包括一个或多个发光二极管(LED)。在一些实施方式中，一个或多个LED包括单色LED。在一些实施方式中，一个或多个LED包括多个LED，并且多个LED中的每一个被配置用于发射不同波长的激发能。在一些实施方式中，装置包括安设在壳体内的冷却单元，该冷却单元减少来自测定管的热能。在一些实施方式中，冷却单元包括一个或多个风扇，其中该一个或多个风扇被配置用于邻近于测定管生成负压，以将邻近于测定管的热量排到壳体的外部。在一些实施方式中，装置包括安设在壳体内的光学检测器，该光学检测器被配置用于检测来自测定管内的生物样品的发射能。在一些实施方式中，加热块包含包括凹部的多个凹部，该多个凹部被配置用于接收包括测定管的多个测定管。
在一些方面，本公开内容提供了用于处理生物样品的便携式分析装置。在一些实施方式中，装置包括壳体。在一些实施方式中，装置包括壳体内的至少一个加热块，该至少一个加热块包括被配置用于接收包括生物样品的测定管的凹部。在一些实施方式中，装置包括与至少一个加热块热连通的至少一个加热单元，该至少一个加热单元被配置用于通过至少一个加热块向测定管提供热能。在一些实施方式中，装置包括与至少一个加热块热连通的至少一个冷却单元，该冷却单元被配置用于通过使用负压将包括热能的至少一部分的流体引导离开加热块，从而通过至少一个加热块从测定管移除热能。在一些实施方式中，装置包括包含激发滤光器和发射滤光器的至少一个光路，其中该至少一个光路被配置用于将激发能从激发源提供至测定管。在一些实施方式中，装置包括安设在壳体内的电源，该电源被配置用于向加热单元和激发源中的至少一个提供功率。在一些实施方式中，装置包括处理单元，该处理单元包括在壳体内的电路，其中该处理单元被配置用于指令激发源以提供激发能。在一些实施方式中，处理单元可操作地耦合到至少一个加热单元和激发源，并且其中该处理单元被配置用于与壳体外部的移动电子设备通信。在一些实施方式中，处理单元被配置用于从壳体外部的移动电子设备接收指令以处理测定管中的生物样品。在一些实施方式中，处理单元被配置用于响应于指令，(i)指令至少一个加热单元向至少一个加热块提供热能，以向测定管提供热量，以及(ii)指令激发源以提供激发能。在一些实施方式中，指令包括至少一个加热单元的温度和/或至少一个加热单元保持在该温度下的持续时间。在一些实施方式中，装置包括通信单元，该通信单元提供处理单元与移动电子设备之间的无线通信。在一些实施方式中，至少一个加热块包括多个加热块，其中至少一个加热单元包括多个加热单元，并且其中多个加热块中的给定加热块与多个加热单元中的给定加热单元热连通。在一些实施方式中，至少一个加热块包括安设在至少一个加热块的第一侧上的第一开口，以允许激发能传递到测定管内的生物样品，以及在至少一个加热块的第二侧上的第二开口，以允许来自测定管内的生物样品的发射能的光学检测。在一些实施方式中，至少一个加热块使用在25摄氏度下具有小于约1焦耳/(克x摄氏度)的比热容的材料构造。在一些实施方式中，该材料选自铝、玻璃、铁、镍、锌、铜、黄铜、银及其任何组合。在一些实施方式中，用于构造至少一个加热块的材料的体积小于约0.5立方厘米。在一些实施方式中，至少一个加热单元包括电阻加热器。在一些实施方式中，至少一个加热单元被热固化到至少一个加热块。在一些实施方式中，至少一个光路包括一个或多个光管，以将激发能从激发源传送到测定管。在一些实施方式中，一个或多个光管包括：第一端，其包括单个管；第二端，其包括两个或更多个管；以及在其间的分支部分。在一些实施方式中，激发源包括一个或多个发光二极管(LED)。在一些实施方式中，一个或多个LED包括单色LED。在一些实施方式中，一个或多个LED包括多个LED，并且多个LED中的每一个被配置用于发射不同波长的激发能。在一些实施方式中，装置包括安设在壳体内的光学检测器，该光学检测器被配置用于检测来自测定管内的生物样品的发射能。在一些实施方式中，加热块包含包括凹部的多个凹部，该多个凹部被配置用于接收包括测定管的多个测定管。在一些实施方式中，至少一个光路包括包含激发滤光器的第一光路和包含发射滤光器的第二光路，其中第一光路与第二光路不同。
在一些方面，本公开内容提供了用于处理生物样品的便携式分析装置。在一些实施方式中，装置包括壳体。在一些实施方式中，装置包括壳体内的至少一个加热块，该至少一个加热块包括被配置用于接收包括生物样品的测定管的凹部。在一些实施方式中，装置包括与至少一个加热块热连通的至少一个加热单元，该至少一个加热单元通过至少一个加热块向测定管提供热能。在一些实施方式中，装置包括包含滤光器的可移动托架，其中该可移动托架被配置用于平移以使该滤光器与从激发源向测定管提供激发能的光路对准。在一些实施方式中，装置包括安设在壳体内的电源，该电源被配置用于向至少一个加热单元、可移动托架和激发源中的至少一个提供功率。在一些实施方式中，装置包括处理单元，该处理单元包括在壳体内的电路，其中该处理单元被配置用于(i)指令可移动托架以平移，和/或(ii)指令激发源以提供激发能。在一些实施方式中，处理单元可操作地耦合到至少一个加热单元和/或激发源，并且其中该处理单元被配置用于与壳体外部的移动电子设备通信。在一些实施方式中，处理单元被配置用于从壳体外部的移动电子设备接收指令以处理测定管中的生物样品。在一些实施方式中，处理单元被配置用于响应于指令，(i)指令至少一个加热单元向至少一个加热块提供热能，以向测定管提供热量，以及(ii)指令激发源以将测定管暴露于激发能。在一些实施方式中，指令包括至少一个加热单元的温度和/或至少一个加热单元保持在该温度下的持续时间。在一些实施方式中，装置包括通信单元，该通信单元提供处理单元与移动电子设备之间的无线通信。在一些实施方式中，至少一个加热块包括多个加热块，其中至少一个加热单元包括多个加热单元，并且其中多个加热块中的给定加热块与多个加热单元中的给定加热单元热连通。在一些实施方式中，至少一个加热块包括安设在至少一个加热块的第一侧上的第一开口，以允许激发能传递到测定管内的生物样品，以及在至少一个加热块的第二侧上的第二开口，以允许来自测定管内的生物样品的发射能的光学检测。至少一个加热块使用在25摄氏度下具有小于约1焦耳/(克x摄氏度)的比热容的材料构造。在一些实施方式中，该材料选自铝、玻璃、铁、镍、锌、铜、黄铜、银及其任何组合。在一些实施方式中，用于构造至少一个加热块的材料的体积小于约0.5立方厘米。在一些实施方式中，至少一个加热单元包括电阻加热器。在一些实施方式中，至少一个加热单元被热固化到至少一个加热块。在一些实施方式中，装置包括用于移动该移动托架的致动器。在一些实施方式中，致动器包括电机。在一些实施方式中，一个或多个光路中的每一个包括一个或多个光管，以将激发能从激发源传送到测定管。在一些实施方式中，一个或多个光管包括：第一端，其包括单个管；第二端，其包括两个或更多个管；以及在其间的分支部分。在一些实施方式中，激发源包括一个或多个发光二极管(LED)。在一些实施方式中，一个或多个LED包括单色LED。在一些实施方式中，一个或多个LED包括多个LED，并且多个LED中的每一个被配置用于发射不同波长的激发能。在一些实施方式中，一个或多个LED包括多个LED，其中一个或多个光路包括多个光路，并且其中多个LED和多个光路被构造和布置成使得多个LED中的给定LED与多个光路中的给定光路对准。在一些实施方式中，装置包括安设在壳体内的冷却单元，该冷却单元减少来自测定管的热能。在一些实施方式中，冷却单元包括一个或多个风扇，其中该一个或多个风扇被配置用于邻近于测定管生成负压，以将邻近于测定管的热量排到壳体的外部。在一些实施方式中，装置包括安设在壳体内的光学检测器，该光学检测器被配置用于检测来自测定管内的生物样品的发射能。在一些实施方式中，滤光器是发射滤光器。在一些实施方式中，滤光器是激发滤光器。在一些实施方式中，装置包括发射滤光器。
在一些方面，本公开内容提供了用于处理生物样品的便携式分析装置。在一些实施方式中，装置包括具有小于约1,500立方厘米的体积的壳体。在一些实施方式中，装置包括壳体内的至少一个加热块，该至少一个加热块包括被配置用于接收包括生物样品的测定管的凹部。在一些实施方式中，装置包括与至少一个加热块热连通的至少一个加热单元，该至少一个加热单元通过至少一个加热块向测定管提供热能。在一些实施方式中，装置包括包含激发滤光器和发射滤光器的至少一个光路，其中该至少一个光路被配置用于将激发能从激发源提供至测定管。在一些实施方式中，装置包括安设在壳体内的电源，该电源被配置用于向加热单元和激发源中的至少一个提供功率。在一些实施方式中，装置包括处理单元，该处理单元包括在壳体内的电路，其中该处理单元被配置用于指令激发源以提供激发能。在一些实施方式中，处理单元可操作地耦合到至少一个加热单元和激发源，并且其中该处理单元被配置用于与壳体外部的移动电子设备通信。在一些实施方式中，处理单元被配置用于从壳体外部的移动电子设备接收指令以处理测定管中的生物样品。在一些实施方式中，处理单元被配置用于响应于指令，(i)指令至少一个加热单元向至少一个加热块提供热能，以向测定管提供热量，以及(ii)指令激发源以提供激发能。在一些实施方式中，指令包括至少一个加热单元的温度和/或至少一个加热单元保持在该温度下的持续时间。在一些实施方式中，装置包括通信单元，该通信单元提供处理单元与移动电子设备之间的无线通信。在一些实施方式中，至少一个加热块包括多个加热块，其中至少一个加热单元包括多个加热单元，并且其中多个加热块中的给定加热块与多个加热单元中的给定加热单元热连通。在一些实施方式中，至少一个加热块包括安设在至少一个加热块的第一侧上的第一开口，以允许激发能传递到测定管内的生物样品，以及在至少一个加热块的第二侧上的第二开口，以允许来自测定管内的生物样品的发射能的光学检测。在一些实施方式中，至少一个加热块使用在25摄氏度下具有小于约1焦耳/(克x摄氏度)的比热容的材料构造。在一些实施方式中，该材料选自铝、玻璃、铁、镍、锌、铜、黄铜、银及其任何组合。在一些实施方式中，用于构造至少一个加热块的材料的体积小于约0.5立方厘米。在一些实施方式中，至少一个加热单元包括电阻加热器。在一些实施方式中，至少一个加热单元被(i)热固化到至少一个加热块，或者(ii)焊接到至少一个加热块。在一些实施方式中，至少一个光路包括一个或多个光管，以将激发能从激发源传送到测定管。在一些实施方式中，一个或多个光管包括：第一端，其包括单个管；第二端，其包括两个或更多个管；以及在其间的分支部分。在一些实施方式中，激发源包括一个或多个发光二极管(LED)。在一些实施方式中，一个或多个LED包括单色LED。在一些实施方式中，一个或多个LED包括多个LED，并且多个LED中的每一个被配置用于发射不同波长的激发能。在一些实施方式中，装置包括安设在壳体内的冷却单元，该冷却单元减少来自测定管的热能。在一些实施方式中，冷却单元包括一个或多个风扇，其中该一个或多个风扇被配置用于邻近于测定管生成负压，以将邻近于测定管的热量排到壳体的外部。在一些实施方式中，装置包括安设在壳体内的光学检测器，该光学检测器被配置用于检测来自测定管内的生物样品的发射能。在一些实施方式中，加热块包含包括凹部的多个凹部，该多个凹部被配置用于接收包括测定管的多个测定管。
在一些方面，本公开内容提供了用于分析生物样品的方法。在一些实施方式中，方法包括激活便携式分析装置。在一些实施方式中，装置包括壳体。在一些实施方式中，装置包括壳体内的至少一个加热块，该至少一个加热块包括被配置用于接收包括生物样品的测定管的凹部。在一些实施方式中，装置包括与至少一个加热块热连通的至少一个加热单元，该至少一个加热单元通过至少一个加热块向测定管提供热能。在一些实施方式中，装置包括被配置用于提供激发能的激发源。在一些实施方式中，装置包括包含激发滤光器和发射滤光器的可移动托架，其中该可移动托架被配置用于平移以将激发滤光器和发射滤光器带到与从激发源向测定管提供激发能的光路对准的第一位置。在一些实施方式中，装置包括安设在壳体内的电源，该电源被配置用于向至少一个加热单元、可移动托架和激发源中的至少一个提供功率。在一些实施方式中，装置包括处理单元，该处理单元包括在壳体内的电路，其中该处理单元被配置用于与壳体外部的移动电子设备通信。在一些实施方式中，方法包括由处理单元从壳体外部的移动电子设备接收指令，以处理测定管中的生物样品。在一些实施方式中，方法包括响应于指令，指令至少一个加热单元向至少一个加热块提供热能，以向测定管内的生物样品提供热量。在一些实施方式中，方法包括在将可移动托架移动到对应于测定管的第一位置时，指令激发源以将测定管内的生物样品暴露于通过光路的激发能。在一些实施方式中，将可移动托架移动到对应于测定管的第一位置包括使光路与测定管对准。在一些实施方式中，滤光器包括发射滤光器。在一些实施方式中，滤光器包括激发滤光器。在一些实施方式中，便携式分析装置还包括发射滤光器。在一些实施方式中，方法包括检测来自测定管内的生物样品的发射，该发射指示生物样品内靶分子的存在或不存在或者相对量。在一些实施方式中，可移动托架包括多个光路。在一些实施方式中，便携式分析装置还包括用于将可移动托架从第一位置移动到第二位置的致动器。在一些实施方式中，在第一位置中，光路与测定管对准并且能够指令激发源以将测定管内的生物样品暴露于第一激发能。在一些实施方式中，方法包括在第二位置中，多个光路中的第二光路与测定管对准，并且能够指令激发源以将测定管内的生物样品暴露于第二激发能。在一些实施方式中，第一激发能具有第一波长，并且第二激发能具有第二波长。在一些实施方式中，方法包括在处理单元处从移动电子设备接收指令，该指令包括至少一个加热块所维持的至少一个温度。在一些实施方式中，方法包括从样品提取一个或多个核酸。在一些实施方式中，生物样品包括选自血液样品、植物样品、水样品、土壤样品和组织样品的一个或多个成员。在一些实施方式中，生物样品含有或疑似含有靶核酸分子，并且其中指令包括在足以产生指示靶核酸分子的存在或相对量的扩增产物的条件下，用于对靶核酸分子进行核酸扩增反应的靶温度以及加热和冷却循环的数目。在一些实施方式中，装置包括与移动电子设备通信的数据交换单元，其中该数据交换单元(i)从移动电子设备接收指令，或者(ii)在处理生物样品后向移动电子设备提供结果。
本公开内容的另一方面提供了用于处理化学或生物样品的系统，包括：样品室，其被配置成具有(i)包含化学或生物样品的溶液或(ii)包含溶液的样品架，其中该样品室包括第一开口和第二开口，第一开口和第二开口被配置成与溶液光通信；照明单元，其包括被配置用于提供多个不同频率或频率范围的光的多个光源，其中该照明单元被配置用于使多个光源中的光源与通过第一开口与溶液光通信的第一光路光学对准，该光源被配置用于提供来自该多个不同频率或频率范围中的频率或频率范围的光；以及检测器，其被配置用于沿着通过第二开口与溶液光通信的第二光路检测来自包含化学或生物样品的溶液的光信号；可操作地耦合到照明单元、多个光源和检测器的一个或多个计算机处理器，其中该一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程用于(i)指令照明单元以使光源与第一光路光学对准，(ii)指令光源以提供沿着第一光路被引导到溶液的光，以及(iii)使用检测器沿着第二光路检测来自溶液的光信号。在一些情况下，第一开口与第二开口不同。在一些情况下，第一开口与第二开口相同。在一些情况下，照明单元可沿轴线旋转。在一些情况下，照明单元可沿着与该轴线正交的附加轴线平移，其中照明单元可沿着附加轴线平移以从与第一开口的对准移除光路，并使第一光路与另一样品室的第三开口对准。在一些情况下，照明单元的旋转使多个光源中的各光源与第一光路光学对准。在一些情况下，第一光路还包括滤光器和/或透镜。在一些情况下，照明单元包括多个滤光器，其中多个滤光器中的给定滤光器与多个光源中的给定光源相关联。在一些情况下，照明单元被配置用于使多个滤光器中的滤光器与第一光路光学对准。
本公开内容的另一方面提供了用于处理化学或生物样品的方法，包括：提供检测系统，其包括：(1)样品室，其具有(i)包含化学或生物样品的溶液或(ii)包含溶液的样品架，其中该样品室包括第一开口和第二开口，该第一开口和第二开口与溶液光通信；(2)照明单元，其包括被配置用于提供多个不同频率或频率范围的光的多个光源，其中该照明单元被配置用于使多个光源中的光源与通过第一开口与溶液光通信的第一光路光学对准，该光源被配置用于提供来自该多个不同频率或频率范围中的频率或频率范围的光；以及(3)检测器，其被配置用于沿着通过第二开口与溶液光通信的第二光路检测来自包含化学或生物样品的溶液的光信号；指令照明单元以使光源与第一光路光学对准；指令光源以提供沿着第一光路被引导到溶液的光；以及使用检测器沿着第二光路检测来自溶液的光信号。在一些情况下，方法还包括，在(d)之前，使溶液经历足以对化学或生物样品进行化学或生物反应的条件。在一些情况下，化学或生物样品包括核酸分子，并且其中化学或生物反应是核酸扩增。在一些情况下，核酸扩增是聚合酶链反应。在一些情况下，溶液包括核酸扩增所必需的试剂，并且其中在(d)之前，使溶液经历一个或多个加热和冷却循环。
本公开内容的另一方面提供了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时实现上述或本文其他地方的任何方法。
本公开内容的另一方面提供了包含一个或多个计算机处理器和与之耦合的计算机存储器的系统。该计算机存储器包含机器可执行代码，该机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时实现上述或本文其他地方的任何方法。
通过以下在其中仅示出和描述了本公开内容的说明性实施方式的详细描述，本公开内容的其他方面和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。将会认识到，本公开内容能够具有其他和不同的实施方式，并且其若干细节能够在各种显而易见的方面进行修改，所有这些都不脱离本公开内容。因此，附图和说明书本质上将被认为是说明性的而非限制性的。
援引并入
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同特别地且单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请均通过引用而并入。在通过引用并入的出版物和专利或专利申请与本说明书中包含的公开内容相抵触的程度上，本说明书旨在取代和/或优先于任何此类矛盾的材料。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求中具体阐述。通过参考以下对其中利用到本发明原理的说明性实施方式加以阐述的详细描述以及附图(本文也称为“图”)，将会获得对本发明特征和优点的更好理解，在这些附图中：
图1A-图1B示出了用于分析生物样品的便携式分析装置的壳体的各种视图。图1C示出了用于便携式分析装置的壳体的盖子，该盖子具有能够向插入分析装置中的测定管施加压力和/或热量的可弯曲梳子。图1D示出了盖子打开的便携式分析装置的壳体的实例。
图2示出了用于分析生物样品的便携式分析装置的内部机构的透视图。
图3A-图3B示出了用于便携式分析装置中的各种加热块。
图4示出了便携式分析装置的内部机构的后视图，其中移除了电路板，从而暴露内部机构的风扇。
图5A示出了便携式分析装置的内部机构的后视图，其中移除了电路板和风扇，从而暴露内部机构的移动托架。图5B示出了内部机构的移动托架的解构图。图5C示出了内部机构的移动托架的前视图，该移动托架具有多个光路。
图6A示出了内部机构的移动托架的仰视图，该移动托架的底部具有可以彼此偏移的多个滤光器。图6B示出了具有多个激发源(例如，LED)的电路板，这些激发源间隔开以对应于图6A所示的滤光器的偏移。
图7示出了移动托架的另一个实例，其具有使用小齿轮机构旋转的光学组件(例如，发射滤光器、激发滤光器、LED和/或二向色分束器)。
图8示出了用于分析生物样品的便携式分析装置的内部机构的后视图。
图9示出了具有多个加热块和插入到加热块中的测定管的示例性便携式分析装置。
图10示出了使用本公开内容的便携式分析装置(诸如图2A的装置)分析生物样品的示例性方法的流程图。
图11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计算机系统。
图12A示出了可插入到分析装置中以供样品测试的示例性盒(cartridge)。盒可以包含一种或多种待用于核酸扩增(例如，聚合酶链反应(PCR))的试剂。图12B示出了插入到分析装置的壳体中的示例性盒。
图13示出了具有多个加热块和插入到加热块中的测定管的示例性便携式分析装置。
图14A示出了示例性便携式装置内部的可移动托架的前视图。图14B示出了示例性便携式装置的侧视图。图14C示出了便携式装置内部的示例性可移动托架的另外的前视图。图14D示出了示例性可移动托架的后视图。
图15示出了具有圆形(或轮状)组件的示例性可移动托架的放大视图。
图16示出了便携式分析装置内部的示例性可移动托架的内部机构的侧视图。
图17示出了便携式分析装置内部的示例性可移动托架的内部机构的侧视图。
图18示出了可移动托架的示例性光学系统的放大视图。
图19A示出了光学系统的备选配置。图19B示出了光学系统的另一备选配置。
图20A示出了光学系统的模拟结果。图20B示出了光学系统的另一模拟结果。图20C示出了光学系统的另一模拟结果。
图21A示出了光学系统的模拟结果。图21B示出了光学系统的另一模拟结果。图21C示出了光学系统的另一模拟结果。
图22A示出了使用本公开内容的便携式分析装置的核酸扩增的实验数据。图22B示出了使用便携式分析装置的核酸扩增的其他实验数据。图22C示出了使用便携式分析装置的核酸扩增的其他实验数据。图22D示出了来自图22A-图22C的实验数据的Cq对LogSQ绘图。
具体实施方式
尽管本文已经示出并描述了本发明的各种实施方式，但对于本领域技术人员将会显而易见的是，这些实施方式仅以示例的方式提供。本领域技术人员在不脱离本发明的情况下可以想到多种变化、改变和替代。应当理解，可以采用本文所述的本发明实施方式的各种替代方案。
本公开内容提供了用于样品处理和/或分析的装置、系统和方法。分析装置可以是便携式的，并且可以包括壳体、由被配置用于向包括样品的样品容器提供热能的加热单元加热的加热块以及从激发源向样品提供激发能的光路。分析装置可以被配置用于接受移动电子设备和/或与移动电子设备通信。分析装置还可以包括可移动托架，该可移动托架包括滤光器和激发源，并且被配置成平移以使滤光器与光路对准。由于可移动托架的一个或多个激发源、滤光器和光路可用于处理和/或分析包括多个样品的多个样品容器，因此包含可移动托架可以有助于产生更小和/或更便宜的分析装置。分析装置可以用于分析包括或疑似包括一种或多种核酸分子的生物样品，以确定一种或多种核酸分子的存在或量。
分析装置
本公开内容的分析装置可以用于处理和/或分析样品，诸如生物样品。本公开内容的分析装置可以是便携式的。例如，分析装置可以是手持式的。图1A-图1B示出了用于分析生物样品的便携式分析装置的壳体100的(A)透视图和(B)侧视图。壳体可以具有盖子101、用于将盖子固定在开放或闭合位置的固定单元102以及/或者按钮或指示器103-106。壳体100可包括用于对装置通电/断电的按钮103。壳体100可包括用于重启装置的按钮104。壳体100可以包括用于通知用户电池电量低的指示器105和/或已经在分析装置与移动电子设备之间建立了无线连接(例如，蓝牙或近场通信连接)的指示器106。
分析装置可以包括至少一个按钮，该按钮能够在被致动时影响分析装置的可操作性(例如，对装置通电/断电或将分析装置连接到其他装置)。分析装置可以包括1、2、3、4、5个或更多个按钮。例如，分析装置可以包括4个按钮。每个按钮可以对应于分析装置的不同功能或特征。在一些情况下，成对的按钮可以对应于分析装置的相同功能或特征。例如，分析装置可包括用于增加值、缩放水平、体积或其他特性的按钮以及用于减少相同的值、缩放水平、体积或其他特性的按钮。
按钮机构可以是物理机构。例如，按钮可以包括可压下的机构，诸如按钮或微型开关。备选地，按钮可以包括可滑动或可旋转的机构。对于包括两个或更多个按钮的分析装置，每个按钮可以单独地选自可压下机构、可滑动机构和可旋转机构。
按钮可以包括触敏特征或机构。例如，图1A和图1B的按钮103和104可以包括触敏特征或机构。触敏机构可以是触敏虚拟机构(例如，虚拟按钮)。这样的虚拟机构可以是虚拟可压下的、虚拟可滑动的或虚拟可旋转的，从而产生物理按钮的错觉。例如，分析装置可以包括或被配置用于接受用无线连接通信地耦合到分析装置的移动电子设备，并且移动电子设备可以包括一个或多个虚拟按钮。按下移动电子设备的虚拟按钮可以将信号从移动电子设备传输到分析装置，从而影响例如热循环程序或其他过程，如本文所述。分析装置与移动电子设备之间的连接可以包括单向或双向有线或无线连接，诸如WiFi连接、蓝牙连接、蓝牙LE连接、ANT+连接或Gazell连接。
分析装置可以包括一个或多个按钮，该按钮安设在该分析装置的壳体的外表面上的任何地方。例如，按钮可以位于分析装置的壳体的正面、背面、右侧、左侧、顶侧或底侧。按钮可以被安设到在分析装置的操作期间不可用或隐藏的位置中(例如，在分析装置的壳体的底侧上)。在一些情况下，可以使用板来覆盖或隐藏一个或多个按钮(例如，当分析装置未在使用中时和/或以防止按钮的意外致动)。
一个或多个按钮的致动或激活可以允许用户在多个不同的热循环程序之间循环。例如，按钮的致动可以引起分析装置从执行第一热循环程序切换到第二热循环程序。在另一个实例中，按钮的致动可以引起分析装置从“关闭”状态切换到执行第一热循环程序。第二次按钮的致动可以引起分析装置从执行第一热循环程序切换到“关闭”状态。应当理解，“关闭”状态可以指空闲状态(例如，其中分析装置可以开启但是热循环程序被暂停，或者其中分析装置处于最小功率状态)或掉电(powered-down)状态(例如，其中分析装置断电)。按钮的致动可能会影响热循环程序的参数。例如，分析装置可以包括可压下机构，并且可压下机构的致动可以引起热循环程序从变性步骤切换到退火步骤。在另一个实例中，分析装置可以包括可旋转机构，并且可旋转机构的旋转可以引起热循环温度升高。在一些情况下，可能需要致动两个或更多个按钮来影响热循环程序。
输入的程度可能会影响热循环程序的状态。可以改变的输入程度的非限制性实例包括输入的数目(例如，按钮被连续致动和释放的次数)、输入的速度(例如，按钮被致动和/或释放的速度)、输入的持续时间(例如，按钮被致动的时间量)、为该输入施加的力(例如，按钮被致动的力)以及输入的方向。输入可以包括按钮的致动。在一个实例中，分析装置可以包括可压下机构，并且短暂的(例如，少于半秒)压下和随后释放该可压下机构可以暂停热循环程序。在另一个实例中，可以通过将可压下机构压下例如1-2秒来恢复暂停的热循环程序。
分析装置可以被配置用于接受包括样品的一个或多个容器。例如，分析装置可以被配置用于接受一个或多个测定管。用于与本公开内容的分析装置一起使用的测定管可以具有任何有用的大小和形状并且包括任何有用的材料。例如，测定管可以包括塑料、聚合物或玻璃。分析装置可以被配置用于接受具有基本为圆柱形、基本为矩形或具有任何其他形状(例如，星形)的横截面的测定管。分析装置可以被配置用于接受具有机械关键元件的测定管，该机械关键元件诸如安设在测定管的一端处或沿着测定管的尺寸的槽或突起，以促进测定管在分析装置中的放置。例如，测定管可以包括沿着其长度的基本上矩形的突起，并且分析装置可以包括被配置用于以特定取向接受测定管的相应的凹陷。分析装置可以被配置用于接受具有帽或盖子的测定管。备选地，分析装置可以包括被配置用于当测定管被放置在分析装置中时覆盖测定管的开口的组件。分析装置可以被配置用于接受一个或多个测定管。例如，分析装置可以被配置用于接受1、2、3、4、5、6、7、8、9个或更多个测定管。
本文所述的装置可以具有表面或支撑物以接收试剂管或盒。盒可以是试剂盒(reagent cartridge)。表面或支撑物可以是凹入的表面或支撑物。表面可以是突出的表面或支撑物。表面可以是室。盒可以装载到表面或支撑物上。在将盒装载到表面或支撑物上后，可以闭合盖子以将盒卡入适当的位置。
如图1C所示，分析装置的壳体100的盖子101的内表面可以包括一个或多个悬臂107，其能够向位于分析装置的加热块中的一个或多个测定管施加压力。悬臂可用于将包含样品的测定管抵靠加热块固定，从而提高加热块与测定管之间的能量转移效率。可以加热悬臂(例如，在等于加热块温度的温度下)以实现不与加热块接触的测定管的一部分的加热。悬臂可以加热到任何温度，并且悬臂的温度可以在整个热循环中改变。例如，悬臂的温度可以在整个热循环中根据加热块的温度被协调(例如，与之相同)。如图1D所示，分析装置的壳体100的盖子101的内表面可包括凹入的表面108以接收或容纳插入到装置中的盒。分析装置的壳体100的主体109的内表面可以包括突出的表面110以接收插入装置中的盒。
分析装置可以是便携式的。例如，包括壳体的分析装置可以能够被容易地携带或移动。壳体和/或其他组件的大小、重量和/或形状可能会影响分析装置的便携性。分析装置的壳体的体积可以小于约100,000立方厘米、小于约50,000立方厘米、小于约10,000立方厘米、小于约9,000立方厘米、小于约8,000立方厘米、小于约7,000立方厘米、小于约6,000立方厘米、小于约5,000立方厘米、小于约4,500立方厘米、小于约4,000立方厘米、小于约3,500立方厘米、小于约3,000立方厘米、小于约2,500立方厘米、小于约2,000立方厘米、小于约1,500立方厘米、小于约1,400立方厘米、小于约1,300立方厘米、小于约1,200立方厘米、小于约1,100立方厘米、小于约1,000立方厘米、小于约900立方厘米、小于约800立方厘米、小于约700立方厘米、小于约600立方厘米或小于约500立方厘米。例如，分析装置的壳体的体积可以小于约1,500立方厘米。分析装置的壳体的体积可以落入范围内。例如，分析装置的壳体的体积可以在约500立方厘米至约1,500立方厘米之间。壳体的尺寸(例如，长度、宽度或高度)可以是至多约50厘米、至多约40厘米、至多约30厘米、至多约25厘米、至多约24厘米、至多约23厘米、至多约22厘米、至多约21厘米、至多约20厘米、至多约19厘米、至多约18厘米、至多约17厘米、至多约16厘米、至多约15厘米、至多约14厘米、至多约13厘米、至多约12厘米、至多约11厘米、至多约10厘米、至多约9厘米、至多约8厘米、至多约7厘米、至多约6厘米或至多约5厘米。
包括壳体的分析装置的重量可以小于约25千克、小于约20千克、小于约15千克、小于约10千克、小于约5千克、小于约4.5千克、小于约4千克、小于约3.5千克、小于约3千克、小于约2.5千克、小于约2.4千克、小于约2.3千克、小于约2.2千克、小于约2.1千克、小于约2千克、小于约1.9千克、小于约1.8千克、小于约1.7千克、小于约1.6千克、小于约1.5千克、小于约1.4千克、小于约1.3千克、小于约1.2千克、小于约1.1千克、小于约1千克、小于约0.9千克、小于约0.8千克、小于约0.7千克、小于约0.6千克、小于约0.5千克、小于约0.4千克、小于约0.3千克、小于约0.2千克或小于约0.1千克。例如，分析装置的壳体的重量可以小于约1.5千克。包括壳体的分析装置的重量可以落在重量范围内。例如，包括壳体的分析装置的重量可以在约0.5千克至约1.5千克之间。
分析装置的壳体的形状也可以有助于分析装置的便携性。壳体的至少一个尺寸(例如，长度、宽度或高度)可以足够小以使得人的手可以容易地抓握壳体。分析装置可以具有人体工程学形状的壳体，其大小使得用户能够用一只手或两只手握住分析装置。壳体可以包括抓握区域，例如，当用户握住分析装置时用户抓握的壳体的那一部分。壳体的抓握区域可以成形为符合用户的手指，从而允许用户维持在壳体上牢固的抓握。分析装置的壳体的前表面在与抓握区域相关联的中间部分中可以比在前表面的顶部或底部部分处更窄。较窄的部分可以被用户方便且牢固地抓握，而相对较宽的顶部部分可以包括显示装置或其组件，诸如屏幕。壳体可以包括可伸缩的手柄，该手柄可以是人体工程学的形状。分析装置的壳体可以具有修圆的拐角和/或边缘的特征(例如，在垂直表面相交的地方)，使得当用户握住分析装置时，用户的手可能会接触到修圆的拐角而不是尖锐的拐角。
图9示出了示例性便携式装置，该便携式装置具有插入到装置中以供样品分析的样品盒901。示出了内部机构200的透视图。图13示出了便携式装置1300的另一个实例，其具有插入到装置中以供样品分析的样品管1301。
热循环
分析装置可以被配置用于加热或冷却测定管内的样品。如图2所示，分析装置200可以包括一个或多个加热块201，在加热块201内放置有包含样品的测定管。分析装置可以被配置用于使用加热器202(例如，电阻加热器)以不连续的步骤来升高或降低加热块的温度。
在一些情况下，加热块可以通过电阻加热或焦耳加热的过程将电能转化为热量。加热块可以是电阻加热器。加热块可以具有功率电阻器(例如，热敏电阻)、热环氧树脂以与样品室进行热连通。加热块可以是水平且均匀的。加热块的冷却可以通过风扇实现或控制。
在一些情况下，加热块可以是Peltier加热器。加热和冷却可以通过Peltier控制器实现或控制。在一些其他情况下，加热块可能不是Peltier加热器，或者加热块可能不受Peltier控制器控制。
本文所述的装置可以包括或可以不包括加热的盖子。
加热块201可以包括任何有用的材料。可以用于构造加热块的材料的非限制性实例包括铝、混凝土、玻璃、石英、钢、铁、镍、锌、铜、黄铜、银、锡、金、碳及其任何组合(例如，诸如Zamak等锌合金)。例如，加热块可以使用银构造，如图3A所示。在另一个实例中，加热块可以使用铝构造，如图3B所示。加热块可以包括第一开口301和第二开口302，第一开口301用于接受含有或被配置为含有样品(例如，生物样品)的小瓶(vial)，第二开口302被配置为与检测器或光源(例如，以供激发)光通信。加热块可以包括第三开口(未示出)，该第三开口被配置用于与检测器或光源光通信。例如，第二开口302可以与检测器光通信，并且第三开口(未示出)可以与光源光通信以供激发。加热块可包括一个或多个翅片303。
加热块可以由合金形成。例如，加热块可以使用钢构造。考虑到使用与压铸过程相容的材料(例如，可用于加热块的压铸构造的材料)来构造加热块可以允许以较大的规模(例如，以较短的时间段内较大的体积，和/或以降低的单位成本)制造加热块。在一些实施方式中，可以使用材料的组合来构造加热块。例如，可以使用铝构造加热块，然后用镍涂覆。在另一个实例中，可以使用锌构造加热块，并用银涂覆。出于若干原因，涂覆加热块可能是有利的。例如，与使用热环氧树脂相反，涂覆加热块(例如，用镍)可以允许加热块被焊接到印刷电路板(PCB)上。将加热块焊接到PCB可以允许分析装置制造有可移除的加热块(例如，在损坏的情况下)，而使用热环氧树脂可以将加热块永久固定到PCB。考虑到用于产生加热块的材料的选择可能会影响分析装置使用电源(例如，独立的电源，诸如电池)能够经历的热循环数。特别地，材料的比热容越高，升高材料的温度可能需要的能量越多。因此，可以使用具有小于约2J/g℃、小于约1.5J/g℃、小于约1J/g℃、小于约0.9J/g℃、小于约0.8J/g℃、小于约0.7J/g℃、小于约0.6J/g℃、小于约0.5J/g℃、小于约0.45J/g℃、小于约0.4J/g℃、小于约0.35J/g℃、小于约0.3J/g℃、小于约0.25J/g℃、小于约0.2J/g℃、小于约0.15J/g℃、小于约0.1J/g℃、小于约0.05J/g℃或小于约0.01J/g℃的比热容(例如，在25℃下，以焦耳/克/℃；J/g℃测量)的材料来构造加热块。例如，可以使用在25℃下具有小于约1J/g℃的比热容的材料来构造加热块。
另外，材料的热导率越低，升高材料的温度可能需要的能量越多。因此，可以使用具有至少约500W/mK、至少约400W/mK、至少约300W/mK、至少约200W/mK、至少约175W/mK、至少约150W/mK、至少约125W/mK、至少约100W/mK、至少约75W/mK、至少约50W/mK、至少约25W/mK或至少约10W/mK的热导率(例如，以瓦/米/开尔文；W/mK测量)的材料来构造加热块。例如，可以使用具有至少约75W/mK的热导率的材料来构造加热块。在另一个实例中，可以使用具有至少约400W/mK的热导率的材料来构造加热块。
加热块还可包括一个或多个翅片303以增加加热块的表面积并提供来自加热块的更好的散热。还考虑到用于形成加热块的材料的体积可能会影响分析装置使用电源(例如，独立电源，诸如电池)能够经历的热循环数。特别地，用于构造加热块的材料的体积越大，升高加热块的温度可能需要的能量越多。因此，用于构造加热块的材料的体积可以小于约20立方厘米、小于约15立方厘米、小于约10立方厘米、小于约9立方厘米、小于约8立方厘米、小于约7立方厘米、小于约6立方厘米、小于约5立方厘米、小于约4立方厘米、小于约3立方厘米、小于约2立方厘米、小于约1立方厘米、小于约0.9立方厘米、小于约0.8立方厘米、小于约0.7立方厘米、小于约0.6立方厘米、小于约0.5立方厘米、小于约0.4立方厘米、小于约0.3立方厘米、小于约0.2立方厘米或小于约0.1立方厘米。例如，用于构造加热块的材料的体积可以小于约0.5立方厘米。
如上所述，可以基于加热或冷却块所需的能量的最小化来选择用于构造加热的材料和/或材料体积。因此，与使用较大的加热块或者使用具有较高比热容的材料构造的加热块的装置相比，本公开内容的分析装置可以提供更多的能量来执行更大数目的热循环。本公开内容的分析装置可以执行任何数目的热循环。分析装置可以在电源(例如，独立电源，诸如电池)的单次充电期间执行给定数目的热循环。本公开内容的分析装置可以执行至少约1个热循环、至少约2个热循环、至少约3个热循环、至少约4个热循环、至少约5个热循环、至少约6个热循环、至少约7个热循环、至少约8个热循环、至少约9个热循环、至少约10个热循环、至少约11个热循环、至少约12个热循环、至少约13个热循环、至少约14个热循环、至少约15个热循环、至少约16个热循环、至少约17个热循环、至少约18个热循环、至少约19个热循环、至少约20个热循环、至少约25个热循环、至少约30个热循环、至少约35个热循环、至少约40个热循环、至少约45个热循环、至少约50个热循环或至少约100个热循环。本公开内容的分析装置可以执行约1至约10个热循环、约5至约15个热循环、约10至约20个热循环或约15至约25个热循环。
本公开内容的分析装置可以被配置用于执行扩增反应，诸如聚合酶链反应(PCR)(例如，通过在测定管中循环样品的温度)。执行PCR可以涉及进行一系列重复的温度变化(例如，热循环)，其中每个系列(例如，循环)包括两个或三个分离的温度步骤。在热循环之前可以是在较高温度(例如，>90℃)下的单个温度步骤。所使用的温度以及它们在每个循环中施加的时间长度可能会有所不同，这取决于例如，用于脱氧核糖核酸(DNA)合成的酶、反应中二价离子和核苷酸(dNTP)的浓度以及一种或多种引物的解链温度(Tm)。诸如PCR等扩增反应的单个步骤可以包括初始化、变性、退火和/或延伸/伸长。初始化可用于需要热激活的DNA聚合酶(例如，“热启动”PCR)。初始化可以包括将样品(例如，测定管中的样品)加热到高温(例如，94-96℃[201-205℉]或98℃[208℉]，如果使用热稳定聚合酶)，这可以维持约1-10分钟。变性可包括将样品(例如，测定管中的样品)加热(例如，加热到94-98℃[201-208℉])持续给定的时间，诸如约5秒至5分钟。这可以通过破坏互补碱基之间的氢键，导致双链DNA模板的DNA解链或变性，从而产生两个单链核酸分子(例如，模板)。退火可包括将样品(例如，测定管中的样品)的温度降低到例如50-65℃(122-149℉)，持续给定的时间，诸如约5秒至5分钟，从而允许将一个或多个引物退火到每个单链核酸模板。反应混合物中可以包括至少两种不同的引物，对于含有靶区域的两个单链核酸模板中的每一个包括一种引物。引物可以是单链核酸分子本身。适用于有效延伸/伸长的条件可以取决于所使用的DNA聚合酶。延伸/伸长包括在DNA聚合酶存在下，从反应混合物添加在5’至3’方向上与模板互补的游离dNTP，并将dNTP的5’-磷酸基团与新生(伸长)DNA链末端的3’-羟基基团缩合，从而合成与单链核酸模板互补的新的DNA链。延伸/伸长所需的时间可以取决于所使用的DNA聚合酶和/或取决于要扩增的DNA靶区域的长度。
变性、退火和延伸/伸长可以构成单个热循环。可能需要多个循环来将DNA靶标扩增到可检测的水平。
加热块的温度可以以任何有用的方式调节。可以分别通过加热或冷却加热块向样品(例如，测定管中的样品)提供热能或从样品去除热能。可以使用加热单元(例如，包括电阻、欧姆加热器或柔性加热器)和/或冷却单元(例如，包括热电冷却器或风扇)来控制(例如，升高或降低)加热块的温度。温度监测对于热循环应用可能是必需的。因此，加热或冷却单元还可以包括一个或多个热敏电阻和/或温度换能器以监测加热或冷却单元以及/或者向加热或冷却单元提供反馈以调控加热块的温度。加热或冷却单元可以邻近加热块安设(例如，安设在加热块的表面上)。备选地，加热或冷却单元可以安设在沿着加热块的表面的凹部内。冷却单元可包括安设成远离(例如，不直接接触)加热块的风扇。可以使用风扇向邻近于加热块的体积施加正压或负压，从而排空加热块周围的区域。通过排空可能包括具有来自加热块的辐射热能的空气的加热块周围的区域，可以降低加热块的温度。风扇可用于生成真空以排空加热块周围的辐射热。备选地，可以使用风扇生成正压以将加热块周围的辐射热(例如，包含来自加热块的热量的流体)耗尽或迫使该辐射热离开分析装置。如图4A-图4B所示，可以通过安设在分析装置上的一个或多个通风口401将加热块周围的辐射热从分析装置去除。一个或多个风扇402可以流体连接到加热块周围的空间和一个或多个通风口。分析装置可以包括任何数目的风扇。例如，分析装置可以包括1、2、3、4、5个或更多个风扇。分析装置可以对于每个加热块包括一个风扇。
托架
分析装置可以包括托架。托架可用于将一个或多个光学组件(例如，滤光器如发射滤光器或激发滤光器、光路和/或光源)固定到位或移位，以与指定的测定管对准。如图5A所示，托架501可以包括各种光学组件，诸如激发滤光器(未示出)、将过滤后的激发能传递到样品(例如，测定管中的样品)的光路502(例如，光管)以及在检测器检测之前过滤发射能的发射滤光器503。图5B示出了图5A所示的托架机构的解构视图。托架可以被配置为沿着一个或多个路径、槽或轨道504移动。托架可以使用任何有用的材料来构造。可以用于构造托架的材料的非限制性实例包括聚硅氧烷、聚磷腈、低密度聚乙烯(ldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚苯乙烯(ps)、尼龙、尼龙6、尼龙6,6、特氟龙(聚四氟乙烯)、热塑性聚氨酯(tpu)、聚三氟氯乙烯(pctfe)、酚醛树脂、kevlar、twaron、mylar、氯丁橡胶、尼龙、nomex、orlon、rilsan、technora、特氟龙、ultem、vectran、viton、zylon、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚偏二氯乙烯(pvdc)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、聚环氧化物、聚甲基丙烯酸甲酯、马来酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚乳酸、呋喃、硅酮、聚砜或者金属或金属合金(例如，铝、黄铜、铜、铁和银)。光路可以包括特定几何结构和体积的开放空间。该空间可以由容器或导管如管道来限定。光路(例如，光管)可以使用任何有用的材料来构造。可以用来构造光路(例如，光管)的材料的非限制性实例包括玻璃、二氧化硅、氟锆酸盐、氟铝酸盐、氧硫族元素化物、塑料、PMMA、聚苯乙烯、硅树脂及其任何组合。
托架可以是移动的托架。可以使用移动托架来将与第一光源和第一测定管对准的光路移位到第二光源和第二测定管。类似地，移动托架可用于使样品从与第一光路对准移位到与第二光路对准。与代替移动托架而包括固定组件的分析装置相比，包括移动托架的分析装置可以提供某些优点。例如，移动托架的包含可以允许多个测定管共享光路和相关联的组件，诸如滤光器(例如，激发和发射滤光器)。这可以降低生产分析装置的成本(例如，通过需要较少的滤光器，例如激发和发射滤光器，其可能是昂贵的)。光路的共享还可以减小分析装置的整体大小(例如，通过减少用于分析每个测定管中的样品所必需的光学组件的数目)，从而使分析装置更加便携。移动托架可以被配置成从第一位置或原始位置移动到最终位置，在原始位置和与最终位置之间的指定位置处进行一次或多次停止。原始位置与最终位置之间的路径可以是线性路径，并且可以包括移动托架可以沿其行进的一个或多个槽、小道或轨道。原始位置与最终位置之间的路径可以包括一个或多个指定位置，移动托架可以在该位置处停止(例如，如本文所述，通过手动或自动控制)。一个或多个指定位置可以对应于分析装置中一个或多个测定管或者其座或壳体的位置。指定位置可以包括诸如钥匙等机械组件，以便于将移动托架定位在指定位置(例如，在测定管下方)。可以使用多种方法来实现移动托架的移动。例如，可以使用电动机将托架从第一位置移动到第二位置。具有凸轮的电动机可用于通过耦合到托架和凸轮的传送带来移动托架。可以使用磁悬浮系统实现移动托架的移动。例如，托架可以可滑动地安设在一个或多个带电的轨道或槽上或之中，并且在轨道或槽内生成的磁力可以用于移动托架。可以使用弹簧将移动托架返回到其原始位置，例如在移动托架从其原始位置移动到最终位置(诸如，轨道、小道或槽的末端)之后。考虑到使用重量更轻的材料构造移动托架可以减少使托架移动所需的能量，从而增加可用于加热和/或冷却样品和/或其他过程的能量的量。
托架可以包括一个或多个滤光器(例如，激发或发射滤光器)和一个或多个光管。图6A示出了包括一个或多个激发滤光器610a(红色)、610b(黄色)和610c(蓝色)的托架。托架还可以包括一个或多个发射滤光器。光管可以从滤光器(例如，激发滤光器)延伸到含有样品的测定管。
分析装置可以包括任何有用的滤光器(例如，激发和/或发射滤光器)。滤光器可以是具有一定频率的带通的光学带通滤光器(例如，光学干涉膜)，该频率可以是对于以下一种或多种最佳的：(i)荧光团或染料的激发波长，和(ii)荧光团或染料的发射波长。滤光器可以充分衰减非带通频率，以防止不希望的光的透射。例如，当使用SYBR绿染料时，激发滤光器带通可能以485nm的波长为中心，而发射滤光器带通可能以555nm的波长为中心。滤光器(例如，激发滤光器和/或发射滤光器)可以相对于光路倾斜(例如，包含滤光器的平面可以成一定角度安设)。
激发源
分析装置可以包括一个或多个激发源。激发源可以安设在托架(例如，如本文所述的移动托架)上，并且可以被配置用于通过激发滤光器和光路将激发能递送到样品(例如，测定管中的样品)。对于包括移动托架的分析装置，可以将安设在托架上的单个激发源配置为通过相同的激发滤光器和光路将激发能递送到两个或更多个样品(例如，两个或更多个测定管中的两个或更多更样品)(例如，当移动托架将激发源和光路与含有不同样品的不同测定管对准时)。如图6B所示，分析装置可以具有针对每个测定管的专用组611的激发源611a(蓝色)、611b(黄色)和611c(红色)。
激发源可以包括发光二极管(LED)或LED阵列(例如，一组单色LED)。LED可以具有任何有用的大小、形状、波长或其他特性。LED可以是高功率LED，其可以发射大于或等于约1mW的激发能。高功率LED可以发射至少约5mW的激发能。LED或LED阵列可以发射例如约50mW的激发能。可以使用高功率LED的阵列，其消耗例如约10瓦或更少的能量或者约10瓦或更多的能量。总功率消耗可能取决于每个LED的功率以及阵列中LED的数目。在分析装置中将LED用作激发源可能是有益的，例如，因为与诸如卤素光源等其他光源相比，LED阵列可能导致功率需求显著降低。激发源可以使用约1微瓦(μW)或更小的功率。备选地，激发源可以单独或在阵列中使用时，使用约1微瓦(μW)、约5μW、约25μW、约50μW、约100μW、约1毫瓦(mW)、约5mW、约25mW、约50mW、约100mW、约1W、约5W、约50W或约100W或更高的功率。在一些情况下，可以使用冷却装置，诸如但不限于散热器或风扇来冷却激发源或其组件。
激发源可以包括有机LED(OLED)或OLED阵列。OLED可以具有任何有用的大小、形状、波长或其他特性。OLED可以提供大面积的发光，例如，以同时向多个测定管提供激发能。可以通过在OLED上覆盖掩模或通过将OLED的发光图案化为与多个样品孔可操作地对准来减少用于这样的OLED的多个样品孔(例如，测定管的座或壳体)之间的散射或串扰光。OLED可以是低功耗的设备。OLED可以包括小分子OLED和/或基于聚合物的OLED，也称为发光聚合物(LEP)。可以使用沉积在基板上的小分子OLED。可以使用通过气相沉积技术沉积在表面上的OLED。OLED也可以通过例如丝网印刷沉积在表面上。可以使用通过例如溶剂涂覆沉积的LEP。
激发源可以包括LED或OLED的阵列611a-611c(例如，多个单色LED)。阵列可以任何配置构造和布置。例如，阵列中的激发源可以沿着移动托架的移动轴线而线性地布置。备选地，如图6B所示，阵列中的激发源可以垂直于移动托架的移动轴线而线性地布置。在这样的配置中，光路502可以相对于移动托架的基座成一定角度安设。从移动托架的基座(例如，从安设在移动托架的基座中的激发滤光器)延伸的光路可以垂直于托架的基座，也可以不垂直于托架的基座(例如，与托架的基座成90度以外的角度)。
可以使用一个或多个透镜来引导、重新引导、聚焦、分散或准直激发或发射能。例如，可以使用透镜将激发能聚焦到样品(例如，测定管中的样品)上。在另一个实例中，可以使用透镜准直来自激发源的激发能。可以使用的透镜的非限制性实例包括双凸透镜、平凸透镜、正弯月透镜、负弯月透镜、平凹透镜、双凹透镜、菲涅耳透镜、柱面透镜、双凸状透镜和梯度折射率透镜。例如，可以使用菲涅耳透镜准直来自激发源的激发能并将激发能引导到光路中。菲涅耳透镜可以制成为相当的平凸透镜薄得多，在一些情况下采用平板形式，这对于生产便携式分析装置可能是有利的。
图7示出了用于移动托架501的附加配置，其中在移动托架501上安设了激发源611、激发滤光器610、二向色分束器701、发射滤光器503和检测器702。激发源611、激发滤光器610、二向色分束器701和发射滤光器503可以安设在旋转小齿轮机构703上，使得当移动托架501与每个样品对准时，小齿轮机构可以用于旋转光学组件611、610、701和503，以向样品(例如，测定管中的样品)提供期望的激发能，并检测来自样品704的发射能。
分析装置还可以包括检测器，如检测器801，如图8所示。检测器可以被配置用于接收来自样品(例如，测定管中的样品)的发射能，并且可能通过发射滤光器接收。因此，检测器可以包括任何合适的光检测器，例如光学检测器、光敏电阻器、光伏电池、光电二极管、光电管、光电倍增管、电荷耦合器件(CCD)相机、互补金属氧化物半导体(CMOS)或其任何组合。发射能可以通过任何合适的来源产生，例如通过测定管中样品的组分(例如，可激发荧光团)的激发。检测器可以被配置用于选择性地接收来自样品的发射能(例如，特定波长或强度的能量)。检测器可以包括多个检测器(例如，一系列光检测器，每个光检测器被配置为接收具有与其他光检测器接收的光束不同的波长的光束)。
可移动托架可以包括轮状(或圆形)组件，以承载一个或多个光学元件，诸如滤光器。作为替代或补充，轮状组件可以包括镜子、光源(例如，LED、单像素LED或多像素LED)、棱镜、透镜或其任何组合。可移动托架可被配置用于沿线性路径移动并且在特定位置处停止。例如，可移动托架可以被配置用于沿着加热块的轴线移动并且在每个加热块处停止，以供来自插入到每个加热块中的样品管的数据采集。可移动托架内部的轮状组件可以是可沿轮轴移动的，以在不同的滤光器之间切换。例如，图14A示出了便携式装置1400内部的可移动托架1401的前视图。在该示例性装置中，可移动托架1401的轮状组件1403承载9对滤光器(一对滤光器包括激发滤光器和发射滤光器)。可移动托架可以沿着不同的加热块1402移动。图14B示出了可移动托架的一部分的放大视图。底部PCB 1404可以包括中断光束开关。底盘1406可以包括两个螺钉以触发光束开关从而阻止托架撞击底盘壁。在图14B中示出了一个螺钉1405。图14C示出了停止在便携式设备内部的不同位置处的示例性可移动托架的另外的前视图。图14D示出了示例性可移动托架的后视图。
轮状组件可以具有其他形状。例如，这样的轮状组件的元件可以包括在三角形、正方形、矩形、五边形、六边形或任何其他形状或其形状组合的组件中。
图15示出了具有轮状组件1502的示例性可移动托架1501的放大视图。可移动托架的底部部分可以包括带状线1503和致动器(例如，步进电机)1504。步进电机1504可用于使可移动托架在样品站1506之间沿着导引件1505移动。样品站1506中的给定的一个可以包括小瓶1507，小瓶1507具有含有生物样品以及样品处理(例如，聚合酶链反应(PCR))所必需的试剂的溶液。可移动托架1501可以包括另一个致动器(例如，步进电机)，用于使可移动托架1501沿着与导引件1505正交的轴线旋转。
图16示出了示例性可移动托架1600的内部机构的侧视图。可移动托架可包括具有激发滤光器1603、透镜1604、反射镜1605、发射滤光器1606和光源1607(例如，LED)的光学系统。可移动托架可以包括一个或多个磁性件1611。可移动托架可以包括多个激发滤光器、发射滤光器和光源。每个光源可以被配置成与给定的一对激发滤光器和发射滤光器一起使用，以从插入在加热块1602中的样品管1601进行数据采集。图16示出了具有一对给定的激发和发射滤光器对的一个光学系统的实例。当轮状组件绕轮轴移动时，可以将具有另一对激发和发射滤光器以及另一个光源的另一个光学系统与样品管对准以进行数据采集。可移动托架可以包括至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20个或更多个滤光器。可移动托架可以包括至少一对、两对、三对、四对、五对、六对、七对、八对、九对、十对、十一对、十二对、十三对、十四对、十五对或更多对滤光器。可移动托架还可以包括大电容器1608。装置的底盘1612可以包括用于触发光断续器的标志。底盘1612可以包括磁条和线性编码器(例如，具有0.4mm间隙的线性编码器)。可移动托架可以用各种材料或材料的组合来构建。例如，在图17中所示，可移动托架的部分1701可以由金属构建。承载光学系统1702的部分可以用黑色染色的微细3D打印来构建。检测器板可以完全封闭以供EMI屏蔽。
图18示出了可移动托架的光学系统的示例性机构的放大视图。透镜1803可以由各种材料制成，例如，玻璃或聚碳酸酯。透镜1803可以被安装在轮状组件的轮毂1806的非旋转部分中。光源(或激发源)1805可以是LED灯。滤光器1802可以是激发滤光器。滤光器1802可以提供期望的激发波长的透射。例如，从激发滤光器透射的光可以具有至少约390纳米(nm)、434nm、445nm、469nm、475nm、497nm、542nm、559nm或565nm的中心波长。光学系统可进一步包括折叠镜1804。光源1805与折叠镜1804之间的距离可以变化。如图18所示，部分1801是加热块。另外，光学系统可包括发射滤光器。发射滤光器可提供期望的发射波长的透射。例如，从发射滤光器透射的光可以具有至少约460nm、479nm、510nm、525nm、530nm、535nm、620nm或630nm的中心波长。在一些情况下，可移动托架内部的光学系统可包括一个或多个二向色滤光器。
光学系统可以包括不同的组件，并且可以以不同的配置组装。图19A和图19B示出了可移动托架内部的光学系统的两个另外的实例。例如，可移动托架的光学系统可以不包括反射镜和透镜。光学系统可以包括光路1901，其允许来自光源的光到达激发滤光器。对于另一个实例，光学系统可以包括棱镜1902以允许来自光源的光到达激发滤光器。
光学系统的不同配置可能会导致系统的不同性质，如通过诸如小瓶功率、移动托架基线、信噪比(SNR)等参数所示。如本文所用，可以使用以下方程定义SNR：
Figure BDA0002633117170000311
其中，x是光的入射角。
通常，x在激发时可以是25度，在发射时可以是15度。“到小瓶的功率(power tovial)”是指使其进入小瓶的总光学功率，可用于激发荧光探针。如本文所用，“移动托架基线”是指用于比较光学系统的不同配置的基线。例如，如图7和图8所示，本公开内容中所示的示例性数据针对不具有轮状组件的设计确定基线。使用本文所述的参数，可以通过激发模拟来测试不同配置的性质。例如，光学系统可具有约2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％或更高的小瓶功率值。光学系统的效率可以比移动托架基线高1倍、1.5倍、2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍、15倍、20倍或者更高。光学系统的SNR可以是至少1,000、1,500、2,000、2,500、3,000、3,500、4,000、5,000或更高。在一些情况下，光学系统的SNR可以是至少100、150、200、250、300、350、400、450、500或更高。例如，图16所示的配置具有5.8％的小瓶功率值，比移动托架基线的效率高2至20倍，并且具有约2,000的SNR值。图20A-图20C和图21A-图21C示出了光学系统的示例性模拟结果。图20A示出了具有折叠镜配置的测试托架的5.8％的小瓶功率值。图20B示出了5.9％的滤光器上的总功率。图20C示出在25度处计算的SNR为2112。图21A示出了具有折叠镜配置的测试托架的0.31％的检测器功率。图21B示出了0.33％的滤光器上的功率。图21C示出在15度处计算的SNR为3067。
图10示出了图1A-图1B的分析装置的示例性处理流程。在第一操作1001中，打开壳体100的盖子101，并且用户将各自含有样品的一个或多个测定管插入分析装置中。在第二操作1002中，用户通过按下位于壳体100上的电源按钮103来启动分析装置。在第三操作1003中，用户提供用于执行扩增反应(例如，热循环测定)的指令。可以使用移动电子设备上的应用程序来提供指令(例如，该移动电子设备可以与分析装置物理分离，集成到分析装置中，或者可移除地安设在分析装置之中或之上，例如在分析装置的壳体或槽中)。然后可以将提供给应用程序的指令传达给分析装置(例如，经由无线连接，如本文所述)。在第四操作1004中，启动分析装置，并且将激发能从激发源611通过激发滤光器610、通过光路502递送到第一测定管。在第五操作1005中，来自第一测定管中的样品的发射能从样品通过发射滤光器503递送到检测器801。在第六操作1006中，包括激发源611、激发滤光器610和发射滤光器503的移动托架可以移动到第二位置(例如，使光路502与第二测定管对准)。在第七操作1007中，激发能从第二激发源通过第二激发滤光器、通过第二光路递送到第一测定管。在第八操作1008中，来自第一测定管中的样品的发射能从样品通过第二发射滤光器递送到检测器801。
样品
可以分析各种样品(例如，生物样品)。样品可以侵入性地(例如，组织活检)或非侵入性地(例如，静脉穿刺)获得。样品可以是环境样品。样品可以是水样品(例如，从湖泊、溪流、河流、河口、海湾或海洋获得的水样品)。样品可以是土壤样品。样品可以是来自受试者的组织或流体样品，诸如唾液、精液、血液(例如，全血)、血清、滑液、泪液、尿液或血浆。样品可以是组织样品，诸如皮肤样品或肿瘤样品。样品可获自受试者器官的一部分。样品可以是细胞样品。样品可以是无细胞样品(例如，包含无细胞的分析物或核酸的血浆样品)。样品可以是固体样品或液体样品。样品可以是生物样品或非生物样品。样品可以包括体外样品或离体样品。样品的非限制性实例包括羊水、胆汁、细菌样品、母乳、血沉棕黄层、细胞、脑脊液、染色质DNA、精液、核酸、植物来源的物质、RNA、唾液、精液、血液、血清、土壤、滑液、泪液、组织、尿液、水、全血或血浆以及/或者其任何组合和/或任何部分。在一个实例中，样品可以是可包含DNA的血浆样品。在另一个实例中，样品可以包括可以包含无细胞DNA的细胞样品。
样品可以是哺乳动物样品。例如，样品可以是人类样品。备选地，样品可以是非人类动物样品。非人类样品的非限制性实例包括猫样品、狗样品、山羊样品、豚鼠样品、仓鼠样品、小鼠样品、猪样品、非人类灵长类动物样品(例如，大猩猩样品、猿样品、猩猩样品、狐猴样品或狒狒样品)、大鼠样品、绵羊样品、奶牛样品和斑马鱼样品。
本文公开的装置和方法可用于分析核酸(例如，循环DNA和/或无细胞DNA片段)。核酸可以衍生自真核细胞、原核细胞或非细胞来源(例如，病毒颗粒)。核酸可以指其分子由长链中连接的许多核苷酸组成的物质。核酸的非限制性实例包括人工核酸类似物(例如，肽核酸、吗啉基寡聚物、锁定核酸、乙二醇核酸或苏阿糖核酸)、染色质、niRNA、cDNA、DNA、单链DNA、双链DNA、基因组DNA、质粒DNA或RNA。核酸可以是双链或单链的。样品可以包含可以是细胞内的核酸。备选地，样品可以包含可以是细胞外的(例如，无细胞的)核酸。样品可以包含可以被片段化的核酸(例如，染色质)。
测定
测定可包括核酸扩增。例如，可以使用任何类型的核酸扩增反应来扩增靶核酸并生成扩增产物。此外，核酸的扩增可以是线性的、指数的或其组合。扩增可以是基于乳液的或可以是基于非乳液的。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、不对称扩增、滚环扩增和多重置换扩增(MDA)。扩增产物可以是DNA。在扩增靶RNA的情况下，可通过RNA的逆转录获得DNA，并且可以使用随后的DNA扩增来生成扩增的DNA产物。扩增的DNA产物可以指示生物样品中靶RNA的存在。在扩增DNA的情况下，可以采用各种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的变体(例如，实时PCR、等位基因特异性PCR、装配PCR、不对称PCR、数字PCR、乳液PCR、拨出PCR、解旋酶依赖性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、热不对称交错PCR、递降PCR)和连接酶链反应(LCR)。DNA扩增可以是线性的。备选地，DNA扩增可以是指数的。DNA扩增可以通过巢式PCR实现，巢式PCR可以提高检测扩增的DNA产物的灵敏度。核酸扩增可以是等温的。等温核酸扩增方法的非限制性实例包括解旋酶依赖性扩增、切口酶扩增、重组酶聚合酶扩增、环介导等温扩增和基于核酸序列的扩增。
核酸扩增反应可以在测定管中平行进行。核酸扩增反应可以例如通过在反应容器中包含每种核酸扩增反应所必需的试剂以获得反应混合物，并使反应混合物经历每种核酸扩增反应所必需的条件来进行。可以顺序地执行逆转录扩增和DNA扩增，例如，对RNA执行逆转录扩增以生成互补DNA(cDNA)，然后使cDNA经历DNA扩增(例如，PCR)以扩增cDNA。
可以使用针对给定靶标的试剂(例如，与靶标序列具有序列互补性的引物)扩增核酸样品。在多个加热和冷却循环之后，可以光学地(诸如使用荧光团)检测任何扩增产物。可能激发与DNA结合的荧光团标记的引物或杂交探针和/或荧光染料，并检测发出的荧光。检测可以包括分析来自染料的荧光发射，并且计算荧光团发射与染料发射的比率。引物可以包含荧光团和猝灭剂。在一些情况下，未结合的引物的三级结构可以是这样的猝灭剂，其可以足够靠近荧光团以防止荧光团的激发和/或来自荧光团的发射信号的检测。
在一个实例中，可以将荧光DNA染料如SYBR绿I添加到含有靶核酸和至少一种扩增引物的混合物。在其他实例中，扩增引物可以是线性单链寡核苷酸，其可被DNA聚合酶延伸并且被可激发的荧光团标记。在执行扩增反应(例如，包括退火和延伸标记的引物的PCR)后，荧光团可以被激发，并在扩增反应中(例如实时检测)或扩增反应完成后(例如，在扩增反应结束时或在随后的热分析(解链曲线)期间进行终点检测)检测所得发射。未掺入的引物可不发荧光。
根据本公开内容，在引物中可以使用宽范围的荧光团和/或染料。可用的荧光团包括香豆素；荧光素；四氯荧光素；六氯荧光素；萤光黄；罗丹明；BODIPY；四甲基罗丹明；Cy3；Cy5；Cy7；曙红；德克萨斯红；SYBR绿I；SYBR金；5-FAM(也称为5-羧基荧光素；也称为螺(异苯并呋喃-1(3H),9′-(9H)呫吨)-5-羧酸，3′,6′-二羟基-3-氧代-6-羧基荧光素)；5-六氯-荧光素([4,7,2′,4′,5′,7′-六氯-(3′,6′-二新戊酰基-荧光素基)-6-羧酸])；6-六氯-荧光素([4,7,2′,4′,5′,7′-六氯-(3′,6′-二新戊酰基荧光素基)-5-羧酸])；5-四氯-荧光素([4,7,2′,7′-四氯-(3′,6′-二新戊酰基荧光素基)-5-羧酸])；6-四氯-荧光素([4,7,2′,7′-四氯-(3′,6′-二新戊酰基荧光素基)-6-羧酸])；5-TAMRA(5-羧基四甲基罗丹明；呫吨鎓，9-(2,4-二羧基苯基)-3,6-双(二甲基-氨基)；6-TAMRA(6-羧基四甲基罗丹明；呫吨鎓，9-(2,5-二羧基苯基)-3,6-双(二甲基氨基)；EDANS(5-((2-氨基乙基)氨基)萘-1-磺酸)；1,5-IAEDANS(5-((((2-碘乙酰基)氨基)乙基)氨基)萘-1-磺酸)；DABCYL(4-((4-(二甲基氨基)苯基)偶氮)苯甲酸)；Cy5(吲哚二羰花青-5)；Cy3(吲哚二羰花青-3)；BODIPY FL(2,6-二溴-4,4-二溴-5,7-二甲基-4-硼-3a,4a-二氮杂-对称引达省-3-丙酸)；Quasar-670(Bioreseach Technologies)；CalOrange(Bioresearch Technologies)；和Rox以及其合适的衍生物。诸如荧光素-罗丹明二聚体等组合荧光团也可能是合适的。可以选择荧光团以在可见光谱中或在可见光谱之外(诸如在紫外或红外范围内)吸收和发射。合适的猝灭剂还可以包括DABCYL及其变体，诸如DABSYL、DABMI和甲基红。荧光团也可以用作猝灭剂，因为它们在接触某些其他荧光团时往往会猝灭荧光。优选的猝灭剂可以是发色团(诸如DABCYL或孔雀石绿)或当探针处于开放构象时在检测范围内可不发荧光的荧光团。
与靶序列相比，根据本发明有用的等位基因鉴别探针还包括与靶样(target-like)序列的结合不太有效的探针。与存在或不存在靶样序列时荧光水平的变化相比，存在或不存在靶序列时荧光水平的变化可以提供探针与靶或靶样序列的结合的有效性的量度。
从RNA的逆转录生成的DNA可以被扩增以生成扩增的DNA产物。可以进行任何合适数目的核酸扩增反应。在一些情况下，进行至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20个或更多个核酸扩增反应。
例如，可以在核酸扩增的加热阶段期间从生物样品提取或释放靶核酸(例如，靶RNA、靶DNA)。在靶RNA的情况下，例如，可以加热包含靶RNA的生物样品，并从生物样品释放靶RNA。释放的靶RNA可以开始逆转录(通过逆转录扩增)以产生互补DNA。然后可以扩增互补DNA。
可以利用针对靶核酸的引物组进行核酸扩增反应。引物组可以包含一种或多种引物。例如，引物组可以包含至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10种或更多种引物。引物组可以包含针对不同扩增产物或不同核酸扩增反应的引物。例如，引物组可以包含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一引物，以及与该核酸链产物互补的生成与核酸产物的第一链的至少一部分互补的核酸产物的第二链所必需的第二引物。
在使用多个测定管的情况下，多个测定管可包含相同的引物或引物组，或者不同的引物或引物组。每个测定管可针对于不同的靶标，或者测定管的至少子集可以针对于相同的靶标。
例如，引物组可以针对靶RNA。引物组可包含第一引物，其可用于生成与靶RNA的至少一部分互补的核酸产物的第一链。在逆转录反应的情况下，核酸产物的第一链可以是DNA。引物组还可以包含第二引物，其可用于生成与核酸产物的第一链的至少一部分互补的核酸产物的第二链。在通过DNA扩增进行逆转录反应的情况下，核酸产物的第二链可以是与由RNA模板生成的DNA链互补的核酸(例如，DNA)产物链。
可以使用任何合适数目的引物组。例如，可以使用至少约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。
也可以使用DNA聚合酶。可以使用任何合适的DNA聚合酶，包括可商购获得的DNA聚合酶。DNA聚合酶可以是指能够以模板结合方式将核苷酸掺入DNA链的酶。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片段及其变体、修饰产物和衍生物。可以在例如扩增反应中使用“热启动”聚合酶。对于某些“热启动”聚合酶，可能需要在约94℃-95℃下持续约2分钟至10分钟的变性步骤，这可能会基于不同的聚合酶而改变热曲线。
可以在试剂盒中提供用于测定(例如，热循环反应或核酸扩增)的试剂。试剂盒可以预混合或预包装。试剂盒可以预包装并准备使用。可以例如通过包含对给定靶标具有特异性的引物来设计针对不同靶标的试剂盒。例如，试剂盒可以被设计用于靶向引起疾病的微生物。在一些实施方式中，试剂盒被设计用于靶向来自一种或多种引起发烧或流感的微生物的核酸。在一些实施方式中，试剂盒被设计用于靶向来自一种或多种引起发烧或流感的病毒的核酸。在一些实施方式中，试剂盒被设计用于靶向来自一种或多种引起感染性疾病的微生物的核酸。在一些实施方式中，试剂盒被设计用于靶向样品中存在的一种或多种微生物。在一些实施方式中，试剂盒被设计用于靶向环境样品中存在的一种或多种微生物。试剂盒可以包括用于样品装载的室。示例性盒在图12A中示出。示例性盒1201可以插入到分析装置的壳体1200中，例如，如图12B所示。
试剂盒可以是稳定的并且具有长的保质期。例如，试剂盒可以是在环境条件下稳定的，或者具有至少约1天、2天、3天、4天、5天、6天、1周、2周、3周、1个月、2个月、3个月、4个月、5个月、6个月、7个月、8个月、9个月、10个月、11个月、12个月、13个月、14个月、15个月、16个月、17个月、18个月、19个月、20个月、21个月、22个月、23个月、24个月、25个月、26个月、27个月、28个月、29个月或30个月的保质期。又例如，试剂盒可以是在环境条件下稳定的，或者具有至少1年、1.5年、2年、2.5年、3年、4年、5年或更长的保质期。
在一些情况下，用于测定的试剂可以分为两部分，干燥部分和湿润(例如液体)部分。干燥部分可以在如本文所述的试剂盒中提供。湿润部分可以在测定期间在装置中提供。当执行测定时，可以将干燥部分和湿润部分在装置中混合。
在一些实施方式中，湿润部分可以在如本文所述的试剂盒中提供。干燥部分可以在测定期间在装置中提供。当执行测定时，可以将干燥部分和湿润部分在装置中混合。
在一些实施方式中，干燥部分和湿润部分都可以在试剂盒中提供而不彼此接触或混合。在一些实施方式中，干燥部分和干燥部分都可以在分开的试剂盒中提供。
在一些实施方式中，干燥部分和湿润部分可以在插入装置之前进行预混合。在一些实施方式中，干燥部分和湿润部分可以插入装置中，然后在装置中混合。
当在试剂盒中提供湿润试剂时，可以密封试剂盒。在一些实施方式中，可以通过激光焊接来密封含有湿润试剂的试剂盒。密封试剂盒的其他方法包括但不限于使用箔、膜、薄层或阀。
使用本公开内容中描述的装置和试剂，可以在各种条件下执行测定。例如，可以在各种振动条件、灰尘水平、湿度水平或海拔高度下执行测定。在一些实施方式中，测定可以在正常环境条件下执行。例如，正常的环境条件可以具有约25℃的温度和约100千帕斯卡(kPa)的压力。在一些其他实施方式中，测定可以在偏离正常环境条件的条件下执行。在一些情况下，测定可以在至少10kPa、20kPa、30kPa、40kPa、50kPa、60kPa、70kPa、80kPa、90kPa、100kPa、105kPa、110kPa、120kPa、130kPa或更高的压力下执行。在一些情况下，测定可以在至多70kPa、60kPa、50kPa、40kPa、30kPa、20kPa或10kPa的压力下执行。在一些情况下，测定可以在高于海平面的海拔高度下执行。高于海平面的海拔高度可以是至少500英尺、1000英尺、1500英尺、2000英尺、2500英尺、3000英尺、3500英尺、4000英尺、4500英尺、5000英尺、6000英尺、7000英尺、8000英尺、9000英尺、10000英尺、15000英尺、20000英尺、30000英尺、40000英尺、50000英尺或更多。本文所述的测定可以在太空中执行。
本文所述的测定可以在各种湿度水平下执行。如本文所用，绝对湿度(单位是每立方米空气体积水蒸气的克数)是空气中水蒸气的实际量的量度，与空气的温度无关。水蒸气的量越高，绝对湿度越高。例如，在温度约85℉的立方米体积的空气中，最多可以存在约30克水蒸气。如本文所用，相对湿度(以百分比表示)是空气中保持的水蒸气的量与其在特定温度下的能够保持的量之比的量度。暖空气可以比冷空气具有更多的水蒸气(水分)。例如，相对湿度为50％意味着当天(在特定温度下)空气保持着饱和空气所需的水的约50％。饱和空气具有100％的相对湿度。在一些实施方式中，测定可以在相对湿度为至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、80％、70％、90％、95％、98％或更高的湿度水平下执行。
图22A-图22D示出了使用本文所述的便携式分析装置获得的示例性核酸扩增数据。图22A示出了来自使用德克萨斯红-X的使用50,000、10,000和5,000拷贝/反应的合成DNA靶标的多重反应的在本文所述的便携式分析装置上的扩增图。图22B示出了来自使用FAM的使用50,000、10,000和5,000拷贝/反应的合成DNA靶标的多重反应的在本文所述的便携式分析装置上的扩增图。图22C示出了来自使用ATTO647n的使用50,000、10,000和5,000拷贝/反应的合成DNA靶标的多重反应的在本文所述的便携式分析装置上的扩增图。系统中的所有9个孔均以每种浓度运行4次，每种浓度总计n＝36(每种荧光团n＝108)。图22D示出了使用50,000、10,000和5,000拷贝/反应的合成DNA靶标[每种浓度n＝36(每种浓度4次运行×9个孔)，每种荧光团n＝108]的Cq与Log(SQ)(Sq＝起始数量)的线性回归曲线。曲线A示出了使用在图22A中获得的数据的绘图(R2＝0.995)。曲线B示出了使用在图22B中获得的数据的绘图(R2＝0.996)。曲线C示出了使用在图22C中获得的数据的绘图(R2＝0.996)。
计算机系统
本公开内容提供了被编程用于实现本公开内容的方法的计算机系统。图11示出了被编程或以其他方式配置用于分析样品的计算机系统1101。计算机系统1101可以调节本公开内容的分析装置的一些方面，例如，移动托架的移动、加热块的加热或冷却以及/或者激发源或检测器的激活/失活。计算机系统可以控制加热块的温度(例如，通过激活电阻加热器或风扇)。计算机系统1101可以被集成到本公开内容的分析装置中和/或包括用户的电子设备或者相对于电子设备远程定位的计算机系统。该电子设备可以是移动电子设备。
计算机系统1101包括中央处理单元(CPU，本文也称为“处理器”和“计算机处理器”)1105，其可以是单核或多核处理器，或者是用于并行处理的多个处理器。计算机系统1101还包括存储器或存储器位置1110(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存)、电子存储单元1115(例如，硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口1120(例如，网络适配器)以及外围设备1125，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1110、存储单元1115、接口1120和外围设备1125通过通信总线(实线)如主板与CPU 1105通信。存储单元1115可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据存储库)。借助通信接口1120，计算机系统1101可以可操作地耦合到计算机网络(“网络”)1130。网络1130可以是因特网、互联网和/或外联网，或与因特网通信的内联网和/或外联网。在一些情况下，网络1130是电信和/或数据网络。网络1130可以包括一个或多个计算机服务器，其可以实现分布式计算，诸如云计算。在一些情况下，网络1130可以借助于计算机系统1101实现对等网络，这可以使得与计算机系统1101耦合的设备能够作为客户端或服务器。
CPU 1105可以执行一系列机器可读指令，其可以体现在程序或软件中。该指令可以存储在存储器位置如存储器1110中。指令可以针对CPU 1105，其可以随后对CPU 1105进行编程或以其他方式配置CPU 1105以实现本公开内容的方法。由CPU 1105执行的操作的实例可包括提取、解码、执行和回写。
CPU 1105可以是电路如集成电路的一部分。系统1101的一个或多个其他组件可以包括在电路中。在一些情况下，该电路是专用集成电路(ASIC)。
存储单元1115可以存储文件，例如驱动程序、库和保存的程序。存储单元1115可以存储用户数据，例如，用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统1101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1101外部，诸如位于通过内联网或因特网与计算机系统1101通信的远程服务器上。
计算机系统1101可以通过网络1130与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统1101可以与用户的远程计算机系统通信。远程计算机系统的实例包括个人计算机(例如，便携式PC)、平板或平板型PC(例如，
Figure BDA0002633117170000411
Galaxy Tab)、电话、智能电话(例如，
Figure BDA0002633117170000412
支持Android的设备、
Figure BDA0002633117170000413
或个人数字助理。用户可以经由网络1130访问计算机系统1101。
本文所述的方法可以通过存储在计算机系统1101的电子存储位置上(例如，存储在存储器1110或电子存储单元1115上)的机器(例如，计算机处理器)可执行代码的方式来实现。机器可执行代码或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间，代码可以由处理器1105执行。在一些情况下，可以从存储单元1115检索代码并将其存储在存储器1110上，以供处理器1105迅速存取。在一些情况下，可以排除电子存储单元1115，而将机器可执行指令存储在存储器1110上。
代码可以被预编译并配置为由具有适于执行该代码的处理器的机器使用，或者可以在运行期间被编译。代码可以以编程语言提供，可以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。
本文提供的系统和方法的各方面(诸如计算机系统1101)可以在编程中体现。本技术的各个方面可被认为是通常在机器可读介质的类型上携带或体现的机器(或处理器)可执行代码和/或关联数据的形式的“产品”或“制品”。机器可执行代码可以存储在电子存储单元如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪存)或硬盘上。“存储”型介质可以包括计算机的任何或所有有形存储器、处理器等，或其相关模块，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，其可以在任何时间为软件编程提供非暂时性存储。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。例如，这样的通信可以使得软件能够从一个计算机或处理器加载到另一个计算机或处理器中，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，可以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。携载此类波的物理元件，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，除非限于非暂时性有形的“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，诸如计算机可执行代码等机器可读介质可以采取许多形式，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，诸如可以用于实现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缆线；铜线和光纤，包括构成计算机系统内总线的线。载波传输介质可以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)数据通信期间生成的那些。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、传送此类载波的电缆或链路、或者计算机可以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涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带至处理器以供执行。
计算机系统1101可以包括电子显示器1135(UI)1140或与电子显示器1135通信，以提供例如样品处理的当前阶段(例如，正在执行的特定步骤，诸如裂解步骤)。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。
可以通过一种或多种算法来实现本公开内容的方法和系统。可以通过软件在由中央处理单元1105执行时来实现算法。
本公开内容的方法和系统可以与其他方法或系统组合或者通过其他方法或系统修改，例如在美国专利号9,579,655中描述的方法或系统，其通过引用整体并入本文。
本文的特定发明性实施方式考虑到数值范围。当存在范围时，范围包括范围端点。此外，该范围内的每个子范围和值如同被明确写出一样存在。术语“约”或“大约”可意指在特定值的可接受误差范围内，其将部分取决于该值如何测量或确定，例如测量系统的局限性。例如，按照本领域的实践，“约”可以指在一个或大于一个标准偏差内。或者，“约”可以指给定值的至多20％、至多10％、至多5％或至多1％的范围。或者，特别是关于生物系统或过程，该术语可意指在值的一个数量级以内、在5倍以内或在2倍以内。在说明书和权利要求中描述了特定值的情况下，除非另有说明，否则可假定术语“约”意指在特定值的可接受误差范围内。
每当术语“至少”、“大于”或“大于或等于”在一系列两个或更多个数值中的第一个数值之前时，术语“至少”、“大于”或“大于或等于”应用于该系列数值中的每个数值。例如，大于或等于1、2或3相当于大于或等于1、大于或等于2或者大于或等于3。
每当术语“不超过”、“小于”或“小于或等于”在一系列两个或更多个数值中的第一个数值之前时，术语“不超过”、“小于”或“小于或等于”应用于该系列数值中的每个数值。例如，小于或等于3、2或1相当于小于或等于3、小于或等于2或者小于或等于1。尽管本文已经示出并描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员将会显而易见的是，这些实施方式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，但是本文实施方式的描述和说明并不意味着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、改变和替代。此外，应当理解，本发明的所有方面不限于本文阐述的具体描述、配置或相对比例，其取决于各种条件和变量。应当理解，本文所述的本发明实施方式的各种替代方案可用于实施本发明。因此，考虑到本发明还应当涵盖任何这样的替代、修改、变化或等同物。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。

Claims (87)

1.一种用于处理生物样品的便携式分析装置，包括：
壳体；
在所述壳体内的至少一个加热块，所述至少一个加热块包括凹部，该凹部配置用于接收包含所述生物样品的测定管，其中所述至少一个加热块包括在25摄氏度下具有小于约0.5焦耳/(克x摄氏度)的比热容的材料；
与所述至少一个加热块热连通的至少一个加热单元，其中所述至少一个加热单元通过所述至少一个加热块向所述测定管提供热能；
包含激发滤光器和发射滤光器的至少一个光路，其中所述至少一个光路被配置用于将激发能从激发源提供至所述测定管；以及
安设在所述壳体内的电源，所述电源被配置用于向所述加热单元和所述激发源中的至少一个提供功率。
2.根据权利要求1所述的便携式分析装置，还包括处理单元，所述处理单元包括在所述壳体内的电路，其中所述处理单元被配置用于指令所述激发源以提供所述激发能。
3.根据权利要求2所述的便携式分析装置，其中所述处理单元可操作地耦合到所述至少一个加热单元和所述激发源，并且其中所述处理单元被配置用于与所述壳体外部的移动电子设备通信。
4.根据权利要求3所述的便携式分析装置，其中所述处理单元被配置用于：
从所述壳体外部的所述移动电子设备接收指令以处理所述测定管中的所述生物样品；以及
响应于所述指令，(i)指令所述至少一个加热单元向所述至少一个加热块提供热能以向所述测定管提供热量，和(ii)指令所述激发源提供所述激发能。
5.根据权利要求4所述的便携式分析装置，其中所述指令包括所述至少一个加热单元的温度和/或所述至少一个加热单元保持在所述温度下的持续时间。
6.根据权利要求3所述的便携式分析装置，还包括通信单元，所述通信单元提供所述处理单元与所述移动电子设备之间的无线通信。
7.根据权利要求1所述的便携式分析装置，其中所述至少一个加热块包括多个加热块，其中所述至少一个加热单元包括多个加热单元，并且其中所述多个加热块中的给定加热块与所述多个加热单元中的给定加热单元热连通。
8.根据权利要求1所述的便携式分析装置，其中所述至少一个加热块包括安设在所述至少一个加热块的第一侧上的第一开口，以允许所述激发能传递到所述测定管内的所述生物样品，以及在所述至少一个加热块的第二侧上的第二开口，以允许来自所述测定管内的所述生物样品的发射能的光学检测。
9.根据权利要求1所述的便携式分析装置，其中所述材料选自铝、玻璃、铁、镍、锌、铜、黄铜、银及其任何组合。
10.根据权利要求1所述的便携式分析装置，其中用于构造所述至少一个加热块的所述材料的体积小于约0.5立方厘米。
11.根据权利要求1所述的便携式分析装置，其中所述至少一个加热单元包括电阻加热器。
12.根据权利要求1所述的便携式分析装置，其中所述至少一个加热单元被(i)热固化到所述至少一个加热块，或者(ii)焊接到所述至少一个加热块。
13.根据权利要求1所述的便携式分析装置，其中所述至少一个光路包括一个或多个光管，以将所述激发能从所述激发源传送到所述测定管。
14.根据权利要求13所述的便携式分析装置，其中所述一个或多个光管包括：第一端，其包括单个管；第二端，其包括两个或更多个管；以及在所述第一端和所述第二端之间的分支部分。
15.根据权利要求1所述的便携式分析装置，其中所述激发源包括一个或多个发光二极管(LED)。
16.根据权利要求15所述的便携式分析装置，其中所述一个或多个LED包括单色LED。
17.根据权利要求15所述的便携式分析装置，其中所述一个或多个LED包括多个LED，并且所述多个LED中的每一个被配置用于发射不同波长的所述激发能。
18.根据权利要求1所述的便携式分析装置，还包括安设在所述壳体内的冷却单元，所述冷却单元减少来自所述测定管的所述热能。
19.根据权利要求18所述的便携式分析装置，其中所述冷却单元包括一个或多个风扇，其中所述一个或多个风扇被配置用于邻近于所述测定管生成负压，以将邻近于所述测定管的热量排到所述壳体的外部。
20.根据权利要求1所述的便携式分析装置，还包括安设在所述壳体内的光学检测器，所述光学检测器被配置用于检测来自所述测定管内的所述生物样品的发射能。
21.根据权利要求1所述的便携式分析装置，其中所述加热块包含包括所述凹部的多个凹部，所述多个凹部被配置用于接收包括所述测定管的多个测定管。
22.根据权利要求1所述的便携式分析装置，其中所述材料具有至少约100瓦/米/开尔文的热导率。
23.一种用于处理生物样品的便携式分析装置，包括：
壳体；
所述壳体内的至少一个加热块，所述至少一个加热块包括凹部，该凹部被配置用于接收包括所述生物样品的测定管；
与所述至少一个加热块热连通的至少一个加热单元，所述至少一个加热单元被配置用于通过所述至少一个加热块向所述测定管提供热能；
与所述至少一个加热块热连通的至少一个冷却单元，所述冷却单元被配置用于通过使用负压将包括所述热能的至少一部分的流体引导离开所述加热块，从而通过所述至少一个加热块从所述测定管移除热能；
包含激发滤光器和发射滤光器的至少一个光路，其中所述至少一个光路被配置用于将激发能从激发源提供至所述测定管；以及
安设在所述壳体内的电源，所述电源被配置用于向所述加热单元和所述激发源中的至少一个提供功率。
24.根据权利要求23所述的便携式分析装置，还包括处理单元，所述处理单元包括在所述壳体内的电路，其中所述处理单元被配置用于指令所述激发源以提供所述激发能。
25.根据权利要求24所述的便携式分析装置，其中所述处理单元可操作地耦合到所述至少一个加热单元和所述激发源，并且其中所述处理单元被配置用于与所述壳体外部的移动电子设备通信。
26.根据权利要求24所述的便携式分析装置，其中所述处理单元被配置用于：
从所述壳体外部的所述移动电子设备接收指令以处理所述测定管中的所述生物样品；以及
响应于所述指令，(i)指令所述至少一个加热单元向所述至少一个加热块提供热能以向所述测定管提供热量，和(ii)指令所述激发源以提供所述激发能。
27.根据权利要求26所述的便携式分析装置，其中所述指令包括所述至少一个加热单元的温度和/或所述至少一个加热单元保持在所述温度下的持续时间。
28.根据权利要求25所述的便携式分析装置，还包括通信单元，所述通信单元提供所述处理单元与所述移动电子设备之间的无线通信。
29.根据权利要求23所述的便携式分析装置，其中所述至少一个加热块使用在25摄氏度下具有小于约1焦耳/(克x摄氏度)的比热容的材料构造。
30.根据权利要求23所述的便携式分析装置，其中所述至少一个加热块使用具有至少约100瓦/米/开尔文的热导率的材料构造。
31.根据权利要求29所述的便携式分析装置，其中所述材料选自铝、玻璃、铁、镍、锌、铜、黄铜、银及其任何组合。
32.根据权利要求29所述的便携式分析装置，其中用于构造所述至少一个加热块的所述材料的体积小于约0.5立方厘米。
33.根据权利要求23所述的便携式分析装置，其中所述至少一个加热单元包括电阻加热器。
34.根据权利要求23所述的便携式分析装置，其中所述至少一个加热单元被(i)热固化到所述至少一个加热块，或者(ii)焊接到所述至少一个加热块。
35.根据权利要求23所述的便携式分析装置，还包括安设在所述壳体内的光学检测器，所述光学检测器被配置用于检测来自所述测定管内的所述生物样品的发射能。
36.根据权利要求23所述的便携式分析装置，其中所述至少一个光路包括包含所述激发滤光器的第一光路和包含所述发射滤光器的第二光路，其中所述第一光路不同于所述第二光路。
37.一种用于处理生物样品的便携式分析装置，包括：
壳体；
所述壳体内的至少一个加热块，所述至少一个加热块包括凹部，该凹部被配置用于接收包括所述生物样品的测定管；
与所述至少一个加热块热连通的至少一个加热单元，所述至少一个加热单元通过所述至少一个加热块向所述测定管提供热能；
包含滤光器的可移动托架，其中所述可移动托架被配置用于平移以使所述滤光器与一光路对准，该光路从激发源向所述测定管提供激发能；以及
安设在所述壳体内的电源，所述电源配置为向所述至少一个加热单元、所述可移动托架和所述激发源中的至少一个提供功率。
38.根据权利要求37所述的便携式分析装置，还包括处理单元，所述处理单元包括在所述壳体内的电路，其中所述处理单元被配置用于(i)指令所述可移动托架平移，和/或(ii)指令所述激发源提供所述激发能。
39.根据权利要求38所述的便携式分析装置，其中所述处理单元可操作地耦合到所述至少一个加热单元和/或所述激发源，并且其中所述处理单元被配置用于与所述壳体外部的移动电子设备通信。
40.根据权利要求39所述的便携式分析装置，其中所述处理单元被配置用于：
从所述壳体外部的所述移动电子设备接收指令以处理所述测定管中的所述生物样品；以及
响应于所述指令，(i)指令所述至少一个加热单元向所述至少一个加热块提供热能以向所述测定管提供热量，和(ii)指令所述激发源以将所述测定管暴露于激发能。
41.根据权利要求40所述的便携式分析装置，其中所述指令包括所述至少一个加热单元的温度和/或所述至少一个加热单元保持在所述温度下的持续时间。
42.根据权利要求39所述的便携式分析装置，还包括通信单元，所述通信单元提供所述处理单元与所述移动电子设备之间的无线通信。
43.根据权利要求37所述的便携式分析装置，其中所述致动器包括电机。
44.根据权利要求37所述的便携式分析装置，其中所述一个或多个光路中的每一个包括一个或多个光管，以将所述激发能从所述激发源传送到所述测定管。
45.根据权利要求44所述的便携式分析装置，其中所述一个或多个光管包括：第一端，其包括单个管；第二端，其包括两个或更多个管；以及在所述第一端和所述第二端之间的分支部分。
46.根据权利要求37所述的便携式分析装置，还包括安设在所述壳体内的冷却单元，所述冷却单元减少来自所述测定管的所述热能。
47.根据权利要求46所述的便携式分析装置，其中所述冷却单元包括一个或多个风扇，其中所述一个或多个风扇被配置用于邻近于所述测定管生成负压，以将邻近于所述测定管的热量排到所述壳体的外部。
48.根据权利要求37所述的便携式分析装置，还包括安设在所述壳体内的光学检测器，所述光学检测器被配置用于检测来自所述测定管内的所述生物样品的发射能。
49.根据权利要求37所述的便携式分析装置，其中所述滤光器是发射滤光器。
50.根据权利要求37所述的便携式分析装置，其中所述滤光器是激发滤光器。
51.根据权利要求50所述的便携式分析装置，还包括发射滤光器。
52.一种用于处理生物样品的便携式分析装置，包括：
壳体，该具有小于约1,500立方厘米的体积；
所述壳体内的至少一个加热块，所述至少一个加热块包括凹部，该凹部被配置用于接收包括所述生物样品的测定管；
与所述至少一个加热块热连通的至少一个加热单元，所述至少一个加热单元通过所述至少一个加热块向所述测定管提供热能；
包含激发滤光器和发射滤光器的至少一个光路，其中所述至少一个光路被配置用于将激发能从激发源提供至所述测定管；以及
安设在所述壳体内的电源，所述电源被配置用于向所述加热单元和所述激发源中的至少一个提供功率。
53.根据权利要求52所述的便携式分析装置，还包括处理单元，所述处理单元包括在所述壳体内的电路，其中所述处理单元被配置用于指令所述激发源以提供所述激发能。
54.根据权利要求52所述的便携式分析装置，其中所述至少一个加热单元包括电阻加热器。
55.根据权利要求52所述的便携式分析装置，其中所述至少一个加热单元被(i)热固化到所述至少一个加热块，或者(ii)焊接到所述至少一个加热块。
56.根据权利要求52所述的便携式分析装置，其中所述至少一个光路包括一个或多个光管，以将所述激发能从所述激发源传送到所述测定管。
57.根据权利要求52所述的便携式分析装置，还包括安设在所述壳体内的冷却单元，所述冷却单元减少来自所述测定管的所述热能。
58.根据权利要求52所述的便携式分析装置，还包括安设在所述壳体内的光学检测器，所述光学检测器被配置用于检测来自所述测定管内的所述生物样品的发射能。
59.一种用于分析生物样品的方法，包括：
(a)激活一便携式分析装置，该便携式分析装置包括：
(i)壳体；
(ii)所述壳体内的至少一个加热块，所述至少一个加热块包括凹部，该凹部被配置用于接收包括所述生物样品的测定管；
(iii)与所述至少一个加热块热连通的至少一个加热单元，所述至少一个加热单元通过所述至少一个加热块向所述测定管提供热能；
(iv)被配置用于提供激发能的激发源；
(v)包括激发滤光器和发射滤光器的可移动托架，其中所述可移动托架被配置用于平移以将所述激发滤光器和所述发射滤光器带到第一位置，该第一位置与从所述激发源向所述测定管提供激发能的光路对准；
(vi)安设在所述壳体内的电源，所述电源配置为向所述至少一个加热单元、所述可移动托架和所述激发源中的至少一个提供功率；以及
(vii)处理单元，所述处理单元包括在所述壳体内的电路，其中所述处理单元被配置用于与所述壳体外部的移动电子设备通信；
(b)所述处理单元从所述壳体外部的所述移动电子设备接收指令，以处理所述测定管中的所述生物样品；
(c)响应于所述指令，指令所述至少一个加热单元向所述至少一个加热块提供热能，以向所述测定管内的所述生物样品提供热量；以及
(d)在将所述可移动托架移动到对应于所述测定管的所述第一位置时，指令所述激发源将所述测定管内的所述生物样品暴露于通过所述光路的激发能。
60.根据权利要求59所述的方法，其中将所述可移动托架移动到对应于所述测定管的所述第一位置包括使所述光路与所述测定管对准。
61.根据权利要求59所述的方法，其中所述滤光器包括发射滤光器。
62.根据权利要求59所述的方法，其中所述滤光器包括激发滤光器。
63.根据权利要求62所述的方法，其中所述便携式分析装置还包括发射滤光器。
64.根据权利要求59所述的方法，还包括，在(d)之后，检测来自所述测定管内的所述生物样品的发射，所述发射指示所述生物样品内靶分子的存在或不存在或者相对量。
65.根据权利要求59所述的方法，其中所述可移动托架包括多个光路。
66.根据权利要求59所述的方法，其中所述便携式分析装置还包括用于将所述可移动托架从所述第一位置移动到第二位置的致动器。
67.根据权利要求66所述的方法，其中：
(a)在所述第一位置中，所述光路与所述测定管对准，并且能够指令所述激发源以将所述测定管内的所述生物样品暴露于第一激发能；并且
(b)在所述第二位置中，多个光路中的第二光路与所述测定管对准，并且能够指令所述激发源以将所述测定管内的所述生物样品暴露于第二激发能。
68.根据权利要求67所述的方法，其中所述第一激发能具有第一波长，并且所述第二激发能具有第二波长。
69.根据权利要求59所述的方法，还包括在所述处理单元处从所述移动电子设备接收指令，所述指令包括所述至少一个加热块所维持的至少一个温度。
70.根据权利要求59所述的方法，还包括从所述样品提取一种或多个核酸。
71.根据权利要求59所述的方法，其中所述生物样品包括选自血液样品、植物样品、水样品、土壤样品和组织样品的一个或多个。
72.根据权利要求59所述的方法，其中所述生物样品含有或疑似含有靶核酸分子，并且其中所述指令包括在足以产生指示所述靶核酸分子的存在或相对量的扩增产物的条件下，用于对所述靶核酸分子进行核酸扩增反应的靶温度以及加热和冷却循环的数目。
73.根据权利要求59所述的方法，还包括与所述移动电子设备通信的数据交换单元，其中所述数据交换单元(i)从所述移动电子设备接收所述指令，或者(ii)在处理所述生物样品后向所述移动电子设备提供结果。
74.一种用于处理化学或生物样品的系统，包括：
样品室，其被配置为具有(i)包含所述化学或生物样品的溶液或(ii)包含所述溶液的样品架，其中所述样品室包括第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口被配置成与所述溶液光通信；
照明单元，其包括被配置用于提供多个不同频率或频率范围的光的多个光源，其中所述照明单元被配置用于使所述多个光源中的一光源与通过所述第一开口与所述溶液光通信的第一光路光学对准，所述光源被配置用于提供来自所述多个不同频率或频率范围中的频率或频率范围的光；以及
检测器，其被配置用于沿着通过所述第二开口与所述溶液光通信的第二光路检测来自包含所述化学或生物样品的所述溶液的光信号；
可操作地耦合到所述照明单元、所述多个光源和所述检测器的一个或多个计算机处理器，其中所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程用于(i)指令所述照明单元以使所述光源与所述第一光路光学对准，(ii)指令所述光源以提供沿着所述第一光路被引导到所述溶液的所述光，以及(iii)使用所述检测器沿着所述第二光路检测来自所述溶液的所述光信号。
75.根据权利要求74所述的系统，其中所述第一开口与所述第二开口不同。
76.根据权利要求74所述的系统，其中所述第一开口与所述第二开口相同。
77.根据权利要求74所述的系统，其中所述照明单元沿一轴线可旋转。
78.根据权利要求77所述的系统，其中所述照明单元沿着与所述轴线正交的附加轴线可平移，其中所述照明单元沿着所述附加轴线可平移，从而将所述光路从与所述第一开口的对准状态移除，并使所述第一光路与另一样品室的第三开口对准。
79.根据权利要求77所述的系统，其中所述照明单元的旋转使所述多个光源中的各个光源与所述第一光路光学对准。
80.根据权利要求74所述的系统，其中所述第一光路还包括滤光器和/或透镜。
81.根据权利要求74所述的系统，其中所述照明单元包括多个滤光器，其中所述多个滤光器中的给定滤光器与所述多个光源中的给定光源相关联。
82.根据权利要求81所述的系统，其中所述照明单元被配置用于使所述多个滤光器中的滤光器与所述第一光路光学对准。
83.一种用于处理化学或生物样品的方法，包括：
(a)提供一检测系统，该检测系统包括：
(1)样品室，其具有(i)包含所述化学或生物样品的溶液或(ii)包含所述溶液的样品架，其中所述样品室包括第一开口和第二开口，所述第一开口和第二开口与所述溶液光通信，
(2)照明单元，其包括被配置用于提供多个不同频率或频率范围的光的多个光源，其中所述照明单元被配置用于使所述多个光源中的光源与通过所述第一开口与所述溶液光通信的第一光路光学对准，所述光源被配置用于提供来自所述多个不同频率或频率范围中的频率或频率范围的光；以及
(3)检测器，其被配置用于沿着通过所述第二开口与所述溶液光通信的第二光路检测来自包含所述化学或生物样品的所述溶液的光信号；
(b)指令所述照明单元以使所述光源与所述第一光路光学对准；
(c)指令所述光源以提供沿着所述第一光路被引导到所述溶液的所述光；以及
(d)使用所述检测器沿着所述第二光路检测来自所述溶液的所述光信号。
84.根据权利要求83所述的方法，还包括，在(d)之前，使所述溶液经历足以对所述化学或生物样品进行化学或生物反应的条件。
85.根据权利要求84所述的方法，其中所述化学或生物样品包括核酸分子，并且其中所述化学或生物反应是核酸扩增。
86.根据权利要求85所述的方法，其中所述核酸扩增是聚合酶链反应。
87.根据权利要求85所述的方法，其中所述溶液包括所述核酸扩增所必需的试剂，并且其中在(d)之前，使所述溶液经历一个或多个加热和冷却循环。
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