CN111771125A - 通过控制温度的分子操作和测定(ii) - Google Patents

通过控制温度的分子操作和测定(ii) Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于快速改变样品热循环以促进比如但不限于PCR反应的装置、系统和方法。

Description

通过控制温度的分子操作和测定(II)
交叉引用
本申请要求2017年4月21日提交的美国临时专利申请(USPPA)号62/488,684(代理人案卷号ESX-014PRV3)、2018年2月14日提交的PCT申请号PCT/US2018/018108(代理人案卷号ESXPCT18F14)，和2018年2月15日提交的PCT申请号PCT/US2018/018405(代理人案卷号ESXPCT18F19)的优先权，其各自出于所有目的通过引用全部并入本文。
背景技术
在某些化学、生物和/或医学测定中，需要重复实施热循环和/或快速和/或精确的温度控制。一个具体示例是用于扩增一个或多个样品中的预定核苷酸(例如DNA)的聚合酶链式反应(PCR)。在PCR中，遵循预定的热控制循环将样品重复地加热和冷却到特定温度。另一个示例是核酸的等温扩增，其中需要将样品从室温加热到65摄氏度。在某些情况下，需要能够快速且均匀地改变样品的温度。
本发明提供了用于快速改变热循环的装置和方法，并且本文公开的装置和方法适用于促进反应(比如但不限于PCR)。
附图说明
本领域技术人员将理解，下面描述的附图仅用于说明目的。附图不旨在以任何方式限制本教导的范围。在一些情况下，附图不是按比例绘制的。在呈现实验数据点的图中，连接数据点的线仅用于引导观察数据，而没有其他意义。
图1示出了用于快速改变样品温度和用于监测来自样品的信号的系统的某些部件的示意图。
图2示出了本发明的装置的实施例的俯视图，演示QMAX装置(或QMAX卡)。
图3示出了本发明的装置的实施例的透视图和截面图；图(A)展示了处于开放构造的装置的实施例；图(B)展示了当样品保持器处于闭合构造时的装置的实施例，其中在两板之间被挤压成薄层的样品的温度通过加热源被迅速改变，该加热源定位成将电磁波投射到样品上。
图4示出了本发明的系统的实施例的透视图和截面图；图(A)展示了当装置(系统的样品保持器)处于开放构造时的系统的透视图；图(B)展示了当样品保持器处于闭合构造时的系统的截面图。
图5示出了本发明的系统的实施例的截面图，演示系统并且示出了促进温度改变和控制的附加元件。
图6示出了本发明的另一实施例的透视图，其中板上有多个样品接触区域，允许处理和分析多个样品。
图7示出了本发明的示例性实施例的截面图，演示如何添加和挤压样品。
图8示出了本发明的示例性实施例的截面图，演示PCR过程。
图9示出了本发明的第一板和加热层的示例性实施例。图A是俯视图，而图B是截面图。
图10示出了本发明的两个示例性实施例的截面图，演示第一板、第二板和加热层。
图11示出了本发明的示例性实施例的截面图，演示快速改变样品温度的系统。图11示出了根据一个实施例的加热源的详细元件。
图12示出了本发明的示例性实施例的截面图，演示快速改变样品温度的系统。图12示出了根据一个实施例的加热源的详细元件。
图13示出了本发明的一个实施例，其中加热元件不与第一板或第二板接触。图A展示了俯视图，而图B展示了侧视图。
示例性实施例的详细描述
以下详细描述通过示例而非限制的方式展示了本发明的一些实施例。本文使用的章节标题和任何副标题，如果有，仅用于组织目的，而不应被解读为以任何方式限制所描述的主题。章节标题和/或副标题下的目录不限于章节标题和/或副标题，而是适用于本发明的整个描述。
对任何出版物的引用是为了在申请日之前予以公开，并且不应当被解读为承认本发明权利要求书因在先发明而无权先于这些出版物。此外，所提供的公开日期可以不同于实际的公开日期，其可能需要单独确认。
应当注意，附图并不旨在以严格的比例示出元件。为了清楚起见，一些元件在图中展示时被放大。元件的尺寸应当根据本文提供的描述描绘，并通过引用并入。
本发明提供了用于通过使样品在区域(或相关区域)上形成均匀超薄薄层、样品保持器的低热吸收和低热容量，以及区域加热器元件来快速改变样品温度的装置和方法。
在一些实施例中，样品保持器是QMAX卡，其具有两个薄板以夹住样品，其中板通常具有1μm到2mm的厚度。
1.工作原理
本发明的一个目的是快速升高和降低样品的温度。
本发明的另一目的是在几秒钟内使样品温度变化一个周期(例如从95℃到55℃)。
为了快速加热和冷却样品，需要减少加热或冷却样品所需的能量。加热和冷却一块材料的能量具有相同的三个主要组分：(i)热质量(即材料吸收和存储能量的能力；热质量越大，则加热所需的能量越多)，(ii)辐射造成的热损失，以及(iii)导热/对流造成的热损失。为了快速加热，需要所有三个能量组分都很小；但是要快速冷却，则需要第一个能量组分小，而最后两个能量组分大。
通过理论和实验研究，本发明基于能够平衡和/或优化用于快速加热和冷却的三个组分的某些设计。
如图1所示，本发明的一个实施例包含(i)样品保持器，称其为″RHC(快速加热和冷却)卡″或″样品卡″，其允许快速加热和冷却卡上的样品；(ii)加热系统；(iii)冷却系统(可选的)；(iv)温度控制系统，和(v)信号监测系统(可选的)。应注意，本发明的某些实施例可以仅具有图1所示的一个或几个部件。
RHC卡将保持扩增分子(比如核酸)所需的样品和试剂。
显然，本发明可用于不同的样品和不同的应用。
2.用于快速加热和冷却的样品卡
图2展示了样品卡(即RHC卡)的实施例。RHC卡可以保持样品并允许快速加热和冷却。
1.如图2所示，用于快速改变流体样品温度的RHC卡的实施例包含：
第一板(10)、第二板(20)和加热层(112)，其中：
i.板(10、20)可相对于彼此移动成不同的构造；
ii.每个板在其各自的内表面上具有用于接触流体样品的样品接触区域；并且
iii.加热层(112)被配置为加热流体样品；
其中该加热层(a)在一个板上(内表面或外表面)或在一个板内，以及(b)能够被加热源加热，其中该加热源通过光、电、射频(RF)辐射或其组合将热能传递至加热层；
其中加热层的加热区域的至少一部分与样品区域重叠，
其中一个构造是开放构造，其中：这两个板是部分或完全分开的并且这些板之间的平均间距是至少300μm；并且
其中另一个构造是闭合构造，该闭合构造是在开放构造中流体样品被沉积在这些样品接触区域中的一个或两个上之后而被配置的；并且在闭合构造中：样品的至少一部分被两个板挤压成层，其中平均样品厚度为200μm或更小。
在一些实施例中，该装置还包含在该闭合构造下调节该样品的至少一部分的间隔件，其中该样品的至少一部分是由这两个板限定的并且这两个板的间隔是由这些间隔件调节的(这些间隔件进而调节该样品的至少一部分的厚度)。
样品厚度
为了减少样品的热质量以及减少样品中的热对流损失，在一些实施例中，在被加热层加热的区域处的平均样品厚度为500μm或更小、200μm或更小、100μm或更小、50μm或更小、20μm或更小、10μm或更小、5μm或更小、2μm或更小、1μm或更小、500nm或更小、300nm或更小、100nm或更小、50nm或更小，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
被加热层加热的区域处的一个优选的平均样品厚度为0.1μm-0.5μm、0.5μm-10μm、10μm-20μm、20μm-30μm、30μm-50μm、50μm-80μm、80μm-100μm或100μm-150μm。
板厚度
为了减少第一和第二板的热质量以及减少板的热对流损失，第一板或第二板的厚度为2nm或更小、10nm或更小、100nm或更小、200nm或更小、500nm或更小、1000nm或更小、2μm(微米)或更小、5μm或更小、10μm或更小、20μm或更小、50μm或更小、100μm或更小、150μm或更小、200μm或更小、300μm或更小、500μm或更小、800μm或更小、1mm(毫米)或更小、2mm或更小、3mm或更小、5mm或更小、10mm或更小、20mm或更小，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
第一板或第二板的优选厚度为10nm或更小、100nm或更小、200nm或更小、500nm或更小、1000nm或更小、2μm(微米)或更小、5μm或更小、10μm或更小、20μm或更小、50μm或更小、100μm或更小、150μm或更小、200μm或更小、300μm或更小、500μm或更小，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
在一些优选实施例中，具有加热层的板的厚度比不具有加热器的另一个板薄。
在一些优选实施例中，第一板的厚度为100nm、200nm、500nm、1μm(微米)、2μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、125μm、150μm、175μm、200μm、250μm，或者在这些值中的任何两者之间的范围内；而第二板的厚度为25μm、50μm、100μm、125μm、150μm、175μm、200μm、250μm、500μm、1mm、1.5mm、2mm，或者在这些值中的任何两者之间的范围内，
在一些实施例中，至少一个板的平均厚度在1至1000μm、10至900μm、20至800μm、25至700μm、25至800μm、25至600μm、25至500μm、25至400μm、25至300μm、25至200μm、30至200μm、35至200μm、40至200μm、45至200μm，或50至200μm的范围内。
在一些实施例中，至少一个板的平均厚度在50至75μm、75至100μm、100至125μm、125至150μm、150至175μm或175至200μm的范围内。
在一些实施例中，至少一个板的平均厚度在约50μm、约75μm、约100μm、约125μm、约150μm、约175μm或约200μm的范围内。
板面积
在一些实施例中，第一板和/或第二板的横向面积为1mm2(平方毫米)或更小、10mm2或更小、25mm2或更小、50mm2或更小、75mm2或更小、1cm2(平方厘米)或更小、2cm2或更小、3cm2或更小、4cm2或更小、5cm2或更小、10cm2或更小、100cm2或更小、500cm2或更小、1000cm2或更小、5000cm2或更小、10,000cm2或更小、10,000cm2或更小，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
在一些实施例中，第一板和/或第二板的宽度为10mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、75mm或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
在一些实施例中，板的一个优选宽度为20mm至40mm。
用于减少样品蒸发的封边
在一些实施例中，当这些板处于闭合构造时，它包含密封这两个板的边缘的密封件，并且该密封件被配置为用于减少或消除在温度变化过程中样品的蒸发。
密封件可以是胶带、塑料密封件、油封或其组合。
示例(RHC卡)-1
第一板和第二板由PMMA或PET制成。第一和第二板具有15mm宽、20mm长和100μm(微米)的相同尺寸。使用30μm高度的固定间隔的间隔件阵列(最初固定在一个板上)，使样品处于闭合构造时的厚度为30μm。加热层是450nm厚、直径6mm，并且在一个板的外表面上的金。使用400nm的LED对加热层加热。处于闭合构造的样品具有直径为约12mm且在加热层上的区域。我们使用温度敏感染料监测温度。我们发现可以在～2秒内达到从30℃到90℃的温度变化，并且在～3秒内从90℃冷却到30℃。
3.热源和温度控制
RHC卡中的加热层被配置为由加热源加热，其中加热源通过光、电、射频(RF)辐射或其组合将热能传递到加热层。
光学加热源
当加热层由加热源光学加热时，加热源包含光源、LED(发光二极管)、激光器、灯或其组合；而加热层是显著吸收来自光学加热源的辐射能量的材料层。显著吸收意味着加热层比样品和板更显著地吸收来自光学加热源的辐射能量。
电加热源
当加热层被热源电加热时，电加热源包含通过电线向加热层发送电能的电源。
4.样品信号监测
如图11和12所示，信号传感器可用于检测来自样品保持器中的样品的信号。
在一些实施例中，信号传感器是被配置为对流体样品成像的光学传感器。例如，光学传感器是光电检测器、相机或能够捕获流体样品的图像的装置。在一些实施例中，光学传感器可以是相机。在一些实施例中，相机是集成到移动装置(例如智能电话或平板计算机)中的相机。在一些实施例中，相机与系统的其他部分分离。
在一些实施例中，信号传感器是被配置为检测来自该装置的电信号的电传感器。在一些实施例中，信号传感器是被配置为检测来自该装置的机械信号的机械传感器。
在一些实施例中，信号传感器被配置为监测样品中分析物的量。在一些实施例中，信号传感器位于腔室外部，并通过腔室上的光学孔接收来自样品的光学信号。
5.样品类型
本文公开的装置、系统和方法可用于样品，比如但不限于诊断样品、临床样品、环境样品和食品样品。样品的类型包括但不限于分别于2016年8月10日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和于2016年9月14日提交的PCT/US0216/051775中列出、描述和总结的样品，其全部内容通过引用并入本文。
例如，在一些实施例中，本文公开的装置、系统和方法用于包括细胞、组织、体液和/或其混合物的样品。在一些实施例中，样品包括新鲜或处理的体液，比如但不限于：羊水、房水、玻璃体液、血液(例如全血、分级分离的血液、血浆、血清等)、母乳、脑脊髓液(CSF)、耳垢(耳屎)、乳糜、食糜、内淋巴、外淋巴、粪便、胃酸、胃液、淋巴、粘液(包括鼻引流和痰)、心包液、腹膜液、胸膜液、脓、黏膜分泌物、唾液、皮脂(皮肤油)、精液、痰、汗液、滑液、泪液、呕吐物、尿液和呼出的冷凝物。在一些实施例中，样品包含人体液。在一些实施例中，样品包含细胞、组织、体液、粪便、羊水、房水、玻璃体液、血液、全血、分级分离的血液、血浆、血清、母乳、脑脊髓液、耳垢、乳糜、脊椎液、内淋巴、外淋巴、粪便、胃酸、胃液、淋巴、粘液、鼻引流液、痰、心包液、腹膜液、胸膜液、脓液、黏膜分泌物、唾液、皮脂、精液、痰液、汗液、滑液、泪液、呕吐物、尿液和呼出的冷凝物中的至少一种。
在一些实施例中，本文公开的装置、系统和方法用于：从任何合适来源获得的环境样品，所述来源比如但不限于：河流、湖泊、池塘、海洋、冰川、冰山、雨、雪、污水、水库、自来水、饮用水等；固体样品，所述固体样品来自土壤、堆肥、砂、岩石、混凝土、木材、砖、污水等；以及气体样品，所述气体样品来自空气、水下排气孔、工业废气、车辆废气等。在某些实施例中，环境样品来源新鲜；在某些实施例中，环境样品是处理过的。例如，在应用题述装置、系统和方法之前，将非液体形式的样品转化成液体形式。
在一些实施例中，本文所公开的装置、系统和方法用于食品样品，该食品样品适合于或可能变得适合于动物食用，例如人类食用。在一些实施例中，食品样品包括原料、烹制或加工过的食品、植物和动物来源的食品、预加工过的食品以及部分或完全加工过的食品等。例如，在一些实施例中，食品样品包括在某些实施例中，在应用题述装置、系统和方法之前，将非液体形式的样品转化成液体形式。
题述装置、系统和方法可用于分析任何体积的样品。体积的示例包括但不限于约10mL或更小、5mL或更小、3mL或更小、1微升(μL，本文也是″uL″)或更小、500μL或更小、300μL或更小、250μL或更小、200μL或更小、170μL或更小、150μL或更小、125μL或更小、100μL或更小、75μL或更小、50μL或更小、25μL或更小、20μL或更小、15μL或更小、10μL或更小、5μL或更小、3μL或更小、1μL或更小、0.5μL或更小、0.1μL或更小、0.05μL或更小、0.001μL或更小、0.0005μL或更小、0.0001μL或更小、10pL或更小、1pL或更小，或这些值中的任何两者之间的范围。
在一些实施例中，样品的体积包括但不限于约100μL或更小、75μL或更小、50μL或更小、25μL或更小、20μL或更小、15μL或更小、10μL或更小、5μL或更小、3μL或更小、1μL或更小、0.5μL或更小、0.1μL或更小、0.05μL或更小、0.001μL或更小、0.0005μL或更小、0.0001μL或更小、10pL或更小、1pμL或更小，或这些值中的任何两者之间的范围。在一些实施例中，样品的体积包括但不限于约10μL或更小、5μL或更小、3μL或更小、1μL或更小、0.5μL或更小、0.1μL或更小、0.05μL或更小、0.001μL或更小、0.0005μL或更小、0.0001μL或更小、10pL或更小、1pL或更小，或这些值中的任何两者之间的范围。
在一些实施例中，样品的量约为一滴液体。在某些实施例中，样品的量是指从刺破的手指或指尖收集的量。在某些实施例中，样品的量是指从微针、微量移液管或静脉抽血管中收集的量。
在某些实施例中，样品保持器被配置为保持流体样品。在某些实施例中，样品保持器被配置为将流体样品的至少一部分挤压成薄层。在某些实施例中，样品保持器包含被配置为加热和/或冷却样品的结构。在某些实施例中，加热源提供电磁波，该电磁波可被样品保持器中的某些结构吸收以改变样品的温度。在某些实施例中，信号传感器被配置为检测和/或测量来自样品的信号。在某些实施例中，信号传感器被配置为检测和/或测量样品中的分析物。在某些实施例中，该散热器被配置为从该样品保持器和/或该加热源吸收热量。在某些实施例中，散热器包含至少部分地包围样品保持器的腔室。
6.应用
本文所公开的装置、系统和方法可用于各种类型的生物/化学取样、感测、测定和应用，包括于2016年8月10日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437中列出、描述和总结的应用，并且通过引用将其全部并入本文。
在一些实施例中，本文所公开的装置、系统和方法用于各种领域的各种不同应用中，其中需要检测样品中一种或多种分析物的存在或不存在、定量和/或扩增。例如，在某些实施例中，题述装置、系统和方法用于检测蛋白质、肽、核酸、合成化合物、无机化合物、及其他分子、化合物、混合物和物质。可以使用题述装置、系统和方法的各种领域包括但不限于：人类疾病和状况的诊断、管理和/或预防、动物疾病和状况的诊断、管理和/或预防、植物病害和状况的诊断、管理和/或预防、农业用途、食品测试、环境测试和净化、药物测试和预防等。
本发明的应用包括但不限于：(a)检测、纯化、定量和/或扩增与某些疾病(例如传染病和寄生虫病、损伤、心血管疾病、癌症、精神障碍、神经精神障碍和器质性疾病(例如肺病、肾脏疾病))或这些疾病的某些阶段相关的化合物或生物分子，(b)检测、纯化、定量和/或扩增来自环境(例如水、土壤或生物样品(例如组织、体液))的细胞和/或微生物(例如病毒、真菌和细菌)，(c)检测、定量对食品安全、人类健康或国家安全造成危害的化合物或生物样品(例如有毒废物、炭疽)，(d)在医学或生理监测器中检测和定量生命参数(例如葡萄糖、血氧水平、总血细胞计数)，(e)检测和定量来自生物样品(例如细胞、病毒、体液)的特定DNA或RNA，(f)进行用于基因组分析的染色体和线粒体中DNA的遗传序列的测序和比较，或(g)检测和定量例如在药物的合成或纯化期间的反应产物。
在一些实施例中，题述装置、系统和方法用于检测样品中的核酸、蛋白质或其他分子或化合物。在某些实施例中，所述装置、系统和方法用于快速临床检测和/或定量生物样品中的一种或多种、两种或更多种，或三种或更多种疾病生物标记物，例如用于诊断、预防和/或管理控制受试者中的疾病状况。在某些实施例中，所述装置、系统和方法用于检测和/或定量环境样品中的一种或多种、两种或更多种，或三种或更多种环境标记物，该环境样品是例如获自河流、海洋、湖泊、雨、雪、污水、污水处理径流、农业径流、工业径流、自来水或饮用水的样品。在某些实施例中，所述装置、系统和方法用于检测和/或定量来自食品样品的一种或多种、两种或更多种，或三种或更多种食品标记物，该食品样品获自自来水、饮用水、制备的食品、加工的食品或未加工的食品。
在一些实施例中，题述装置是微流体装置的一部分。在一些实施例中，题述装置、系统和方法用于检测荧光或发光信号。在一些实施例中，题述装置、系统和方法包括通信装置或与通信装置一起使用，通信装置比如但不限于：移动电话、平板计算机和便携计算机。在一些实施例中，题述装置、系统和方法包括标识符或与标识符一起使用，标识符比如但不限于光学条形码、射频ID标签或它们的组合。
在一些实施例中，样品是获自受试者的诊断样品，分析物是生物标记物，并且所测量的样品中分析物的量是对疾病或状况的诊断结论。在一些实施例中，题述装置、系统和方法还包括向受试者接收或提供报告，该报告指示未患有或低风险患有疾病或状况的个体中的生物标记物的所测量的量和生物标记物的测量值范围，其中相对于测量值范围的生物标记物的所测量的量是对疾病或状况的诊断结论。
在一些实施例中，样品是环境样品，并且其中分析物是环境标记物。在一些实施例中，题述装置、系统和方法包括接收或提供报告，该报告指示受试者暴露于从中获得样品的环境的安全性或危害性。在一些实施例中，题述装置、系统和方法包括将包含环境标记物的所测量的量的数据发送到远程位置并且接收报告，该报告指示受试者暴露于从中获得样品的环境的安全性或危害性。
在一些实施例中，样品是食品样品，其中分析物是食品标记物，并且其中样品中食品标记物的量与食用食品的安全性相关。在一些实施例中，题述装置、系统和方法包括接收或提供报告，该报告指示受试者食用从中获得样品的食品的安全性或危害性。在一些实施例中，题述装置、系统和方法包括将包含食品标记物的所测量的量的数据发送到远程位置并且接收报告，该报告指示受试者食用从中获得样品的食品的安全性或危害性。
在使用本文所述的装置、设备和系统进行的测定中可以使用各种样品。在一些实施例中，样品包含核酸。在一些实施例中，样品包含蛋白质。在一些实施例中，样品包含碳水化合物。当前的装置、设备和系统可用于快速改变样品的温度并稳定地保持样品的温度，从而提供快速且经济有效的处理样品的方法。此外，可以使用本文所述的装置、设备和系统进行各种应用(例如测定)。这些应用包括但不限于诊断测试、健康监测、环境测试和/或法医鉴定。这样的应用还包括但不限于各种生物、化学和生物化学测定(例如：DNA扩增、DNA定量、选择性DNA分离、遗传分析、组织分型、癌基因鉴定、感染性疾病测试、遗传指纹分析，和/或亲子鉴定)。
在一些实施例中，″样品″可以是包含或不包含样品的任何核酸，包括但不限于人体液，比如全血、血浆、血清、尿液、唾液和汗液，以及细胞培养物(哺乳动物、植物、细菌、真菌)。样品可以是新鲜获得的，或以任何所需或方便的方式储存或处理的，例如通过稀释或加入缓冲液或其他溶液或溶剂。样品中可以存在细胞结构，例如人源细胞、动物细胞、植物细胞、细菌细胞、真菌细胞，以及病毒颗粒。
本文所使用的术语″核酸″是指任何DNA或RNA分子，或DNA/RNA杂合体，或DNA和/或RNA的混合物。因此，术语″核酸″旨在包括但不限于基因组或染色体DNA、质粒DNA、扩增的DNA、cDNA、总RNA、mRNA和小RNA。术语″核酸″还旨在包括天然DNA和/或RNA分子，或合成的DNA和/或RNA分子。在一些实施例中，样品中存在无细胞核酸，如本文所使用，″无细胞″表示核酸不包含在任何细胞结构中。在一些其他实施例中，核酸包含在细胞结构中，细胞结构包括但不限于人源细胞、动物细胞、植物细胞、细菌细胞、真菌细胞，和/或病毒颗粒。样品中可以存在无细胞核酸形式或细胞结构内或其组合形式的核酸。在一些其他实施例中，核酸在导入到第一板的内表面上之前被纯化。在其他实施例中，核酸可以在与其他分子(比如蛋白质和脂质)相关联的复合物内。
本发明的方法适用于一定体积范围的样品。可以将具有不同体积的样品引入到具有不同尺寸的板上。
如本文所使用，″核酸扩增″包括用于通过扩增(产生大量拷贝)样品中的靶分子来检测核酸的任何技术，本文中″靶″是指相关核酸的序列或部分序列。合适的核酸扩增技术包括但不限于不同的聚合酶链式反应(PCR)方法，比如热启动PCR、嵌套PCR、降落PCR、逆转录PCR、RACE PCR、数字PCR等，以及等温扩增方法，比如环介导等温扩增(LAMP)、链置换扩增、解旋酶依赖性扩增、切口酶扩增、滚环扩增、重组酶聚合酶扩增等。
如本文所使用，″必要试剂″包括但不限于引物、脱氧核苷酸(dNTPs)、二价阳离子(例如Mg2+)、单价阳离子(例如K+)、缓冲溶液、酶，以及报告分子。用于核酸扩增的必要试剂可以是第一板或第二板或两者的内表面上的干燥形式，或者是包封、包埋或包围在随温度升高而熔化的材料(诸如比如石蜡)中的液体形式。
如本文所使用，″引物″，在一些实施例中，可以指一对正向引物和反向引物。在一些实施例中，引物可以指多个引物或引物组。如本文所使用，适用于核酸扩增的酶包括但不限于DNA依赖性聚合酶，或RNA依赖性DNA聚合酶，或DNA依赖性RNA聚合酶。
如本文所使用，术语″报告分子″是指可结合或嵌入核酸分子或由扩增过程的副产物活化以使核酸分子或扩增过程可视化的任何标签、标记或染料。合适的报告分子包括但不限于荧光标记或标签或染料、嵌入剂、分子信标标记，或生物发光分子，或它们的组合。
在一些其他实施例中，如本文所使用，″必要试剂″还可以包括细胞裂解试剂，其促进破坏细胞结构。细胞裂解试剂包括但不限于盐、去污剂、酶，以及其他添加剂。本文中的术语″盐″包括但不限于锂盐(例如氯化锂)、钠盐(例如氯化钠)、钾(例如氯化钾)。本文中的术语″去污剂″可以是离子型的，包括阴离子型和阳离子型、非离子型或两性离子型。本文所使用的术语″离子去污剂″包括在溶于水时部分或全部为离子形式的任何去污剂。合适的阴离子型去污剂包括但不限于十二烷基硫酸钠(SDS)或其他碱金属烷基硫酸盐或类似的去污剂、十二烷基肌氨酸钠，或它们的组合。本文中的术语″酶″包括但不限于溶菌酶、纤维素酶和蛋白酶。此外，细胞裂解试剂中还可包括螯合剂，螯合剂包括但不限于EDTA、EGTA和其他聚氨基羧酸，以及一些还原剂，比如二硫苏糖醇(dTT)。本文中的必要试剂的组成根据不同扩增反应的合理设计而变化。
如本文所使用，″核酸扩增产物″是指通过核酸扩增技术产生的各种核酸。本文中核酸扩增产物的类型包括但不限于单链DNA、单链RNA、双链DNA、线性DNA或环状DNA等。在一些实施例中，核酸扩增产物可以是具有相同长度和构造的相同核酸。在一些其他实施例中，核酸扩增产物可以是具有不同长度和构造的多种核酸。
在一些实施例中，使用报告分子对核酸扩增后积累的核酸进行定量。如上所定义和使用的，具有可定量的特征的报告分子与封闭室中积累的核酸扩增子的存在与否或数量相关。
如本文所使用，″细胞裂解试剂″旨在包括但不限于盐、去污剂、酶以及其他添加剂，其促进破坏细胞结构。本文中的术语″盐″包括但不限于锂盐(例如氯化锂)、钠盐(例如氯化钠)、钾(例如氯化钾)。本文中的术语″去污剂″可以是离子型的，包括阴离子型和阳离子型、非离子型或两性离子型。本文所使用的术语″离子去污剂″包括在溶于水时部分或全部为离子形式的任何去污剂。合适的阴离子型去污剂包括但不限于十二烷基硫酸钠(SDS)或其他碱金属烷基硫酸盐或类似的去污剂、十二烷基肌氨酸钠，或它们的组合。本文中的术语″酶″包括但不限于溶菌酶、纤维素酶和蛋白酶。此外，细胞裂解试剂中还可包括螯合剂，螯合剂包括但不限于EDTA、EGTA和其他聚氨基羧酸，以及一些还原剂，比如二硫苏糖醇(dTT)。本文中的必要试剂的组成根据不同扩增反应的合理设计而变化。
如本文所使用，″核酸扩增″包括用于通过扩增(产生大量拷贝)样品中的靶分子来检测核酸的任何技术，本文中″靶″是指相关核酸的序列或部分序列。合适的核酸扩增技术包括但不限于不同的聚合酶链式反应(PCR)方法，比如热启动PCR、嵌套PCR、降落PCR、逆转录PCR、RACE PCR、数字PCR等，以及等温扩增方法，比如环介导等温扩增、链置换扩增、解旋酶依赖性扩增、切口酶扩增、滚环扩增、重组酶聚合酶扩增等。
如本文所使用，″必要试剂2″包括但不限于引物、脱氧核苷酸(dNTPs)、二价阳离子(例如Mg2+)、单价阳离子(例如K+)、缓冲溶液、酶，以及报告分子。用于核酸扩增的必要试剂2可以是第一板或第二板或两者的内表面上的干燥形式，或者是包封、包埋或包围在随温度升高而熔化的材料(比如诸如石蜡)中的液体形式。
如本文所使用，″引物″，在一些实施例中，可以指一对正向引物和反向引物。在一些实施例中，引物可以指多个引物或引物组。如本文所使用，适用于核酸扩增的酶包括但不限于DNA依赖性聚合酶，或RNA依赖性DNA聚合酶，或DNA依赖性RNA聚合酶。
如本文所使用，术语″报告分子″是指可结合或嵌入核酸分子或由扩增过程的副产物活化以使核酸分子或扩增过程可视化的任何标签、标记或染料。合适的报告分子包括但不限于荧光标记或标签或染料、嵌入剂、分子信标标记，或生物发光分子，或它们的组合。
如本文所使用，″核酸扩增产物″是指通过核酸扩增技术产生的各种核酸。本文中核酸扩增产物的类型包括但不限于单链DNA、单链RNA、双链DNA、线性DNA或环状DNA等。在一些实施例中，核酸扩增产物可以是具有相同长度和构造的相同核酸。在一些其他实施例中，核酸扩增产物可以是具有不同长度和构造的多种核酸。
在一些实施例中，使用报告分子对核酸扩增后积累的核酸进行定量。如上所定义和使用的，具有可定量的特征的报告分子与封闭室中积累的核酸扩增子的存在与否或数量相关。
7.一种快速加热和冷却设备，其中在QMAX卡外部有单独的加热元件
在一些实施例中，该设备还包含单独的加热元件，该加热元件在RHC卡的外部并且被配置为当被放置在RHC卡附近或与RHC卡接触时加热RHC卡。单独的加热元件能够附接或分离RHC卡，并且以与加热层类似的方式从加热源获得能量。单独的加热元件允许RHC卡没有加热层。例如，如图13的图A和B所示，加热元件与样品卡分离。
术语″CROF卡(或卡)″、″COF卡″、″QMAX卡″、″Q卡″、″CROF装置″、″COF装置″、″QMAX装置″、″CROF板″、″COF板″以及″QMAX板″是可互换的，除了在一些实施例中，COF卡不包含间隔件；并且这些术语是指一种装置，该装置包含第一板和第二板，该第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造(包括开放构造和闭合构造)，并且该装置包含调节板之间的间距的间隔件(COF的一些实施例除外)。术语″X板″是指CROF卡中的两个板中的其中一个，其中间隔件固定到该板。于2017年2月7日提交的临时申请序列号62/456065中有COF卡、CROF卡和X板的更多描述，出于所有目的将其全部内容并入本文。
RCH卡是QMAX卡，在一个板之上或之内具有或不具有间隔件和加热层。
图2示出了QMAX卡100，其包含第一板10和第二板20。在一些实施例中，第一板10和第二板20可抵靠彼此移动成不同的构造，包括开放构造和闭合构造。在某些实施例中，在开放构造中，两个板部分或完全分开，并且板之间的平均间距为至少300μm。在某些实施例中，样品可以沉积在一个或两个板上。在某些实施例中，在闭合构造中，样品的至少一部分被两个板挤压成层，其中平均样品厚度为200μm或更小。
在一些实施例中，QMAX卡100包含铰链103，该铰链103连接第一板10和第二板20，使得两个板可以抵靠彼此枢转。在一些实施例中，QMAX卡包含凹口105，其有助于卡在开放构造和闭合构造之间的切换。在一些实施例中，一个或两个板是透明的。在一些实施例中，一个或两个板是柔性的。在一些实施例中，QMAX卡100包含加热层190。在某些实施例中，加热层190被配置为吸收电磁波并转换能量以升高样品的温度。
图3示出了本发明的装置的实施例的透视图和截面图。图(A)展示了处于开放构造的装置(也称为系统的″样品保持器″)100。如图(A)所示，样品保持器100包含第一板10、第二板20以及间隔机构(未示出)。第一板10和第二板20分别包含外表面(分别为11和21)和内表面(分别为12和22)。每个内表面具有样品接触区域(未示出)，用于接触该装置将要处理和/或分析的流体样品。
第一板10和第二板20可相对于彼此移动成不同的构造。这些构造中的其中一个是开放构造，其中如图3的图(A)所示，第一板10和第二板20是部分或完全分开的，并且第一板10和第二板20之间的间距(即第一板内表面11和第二板内表面21之间的距离)不由间隔机构调节。开放构造允许样品被沉积在样品接触区域中的第一板、第二板或两者上。
如图3的图(A)所示，第一板10还包含位于样品接触区域中的加热层112。第二板20也可能可选地或附加地包含加热层112。在一些实施例中，加热层112被配置为有效地吸收照射到其上的辐射(例如电磁波)。吸收率为50％或以上、60％或以上、70％或以上、80％或以上、90％或以上、95％或以上、99％或以上、100％或更小、85％或更小、75％或更小、65％或更小，或55％或更小，或任两个值之间的范围内。加热层112还被配置为将吸收的辐射能量的至少大部分转换成热量(热能)。例如，加热层112被配置为在从电磁波吸收能量之后以热量的形式释放辐射。如本文所使用，术语″大部分″或″基本上″是指50％或以上、60％或以上、70％或以上、80％或以上、90％或以上、95％或以上、99％或以上、99％或以上，或者99.9％或以上的百分比。
加热层材料
在一些实施例中，加热层112包含材料/结构，比如但不限于金属等离子体表面、超材料、黑硅、石墨、碳纳米管、硅夹层、石墨烯、超晶格、等离子体材料、能够有效吸收电磁波并将吸收的能量转换成热能的任何材料/结构，以及它们的任何组合。在某些实施例中，加热层112包含碳纳米管。
在一些实施例中，加热层包含磁盘耦合点柱天线(D2PA)阵列，比如但不限于以下专利申请中描述的D2PA阵列：于2010年5月21日提交的美国临时专利申请号61/347,178、于2012年4月10日提交的美国临时专利申请61/622,226、于2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/801,424、于2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/801,096、于2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/801,933、于2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/794,317、于2014年12月10日提交的美国临时专利申请号62/090,299、于2012年10月1日提交的美国临时专利申请号61/708,314、于2011年5月20日提交的PCT申请号PCT/US2011/037455、于2013年3月15日提交的PCT申请号PCT/US2013/032347、于2014年3月15日提交的PCT申请号PCT/US2014/029979、于2014年3月14日提交的PCT申请号PCT/US2014/028417、于2014年3月16日提交的PCT申请号PCT/US2014/030108、于2013年10月1日提交的PCT申请号PCT/US2013/062923、于2013年6月13日提交的美国专利申请号13/699270、于2014年8月13日提交的美国专利申请号14/459,239、于2015年9月30日提交的美国专利申请号14/871,678、于2013年3月15日提交的美国专利申请号13/838,600、于2014年8月13日提交的美国专利申请号14/459,251、于2015年3月25日提交的美国专利申请号14/668,750、于2015年9月11日提交的美国专利申请号14/775,634、于2015年9月11日提交的美国专利申请号14/775,638、于2014年3月16日提交的美国专利申请号14/852,412、于2015年12月9日提交的美国专利申请号第14/964,394、于2015年10月5日提交的美国专利申请号14/431,266，其全部公开内容出于所有目的通过引用并入本文。
图3的图(B)示出了样品保持器100处于闭合构造时的透视图和截面图。该截面图展示了装置的一部分，而没有示出样品保持器100或间隔机构的整体。如图(B)所示，样品保持器100包含第一板10、第二板20以及间隔机构(未示出)。
在图3的图(B)中，第一板10和第二板20处于闭合构造。在闭合构造中，两个板11和21的内表面彼此面对，并且两个板102之间的间距由间隔机构调节。因此，如图所示，两个板将被沉积在一个或两个板上的流体样品90挤压成层，并且该层的厚度由间隔机构(未示出)调节。
在一些实施例中，在加热期间，在液体区域(例如，样品区域)外部存在″防蒸发环″，其防止或减少液体的蒸汽从卡上逸出。
在一些实施例中，在QMAX卡的外部存在夹具，以在加热期间将QMAX卡固定于其闭合构造。
在一些实施例中，以非精确压力挤压两个板，既不将该压力设定到精确水平也不设定为基本上均匀。在某些实施例中，直接用人手按压两个板。
在一些实施例中，包括板和间隔件的QMAX卡由具有低热导率的材料制成，以减少卡自身的热吸收。
在一些实施例中，在QMAX卡的外部存在夹具，以在加热期间将QMAX卡固定于其闭合构造。
在一些实施例中，该夹具由具有低导热率的材料制成以减少卡自身的热吸收。在一些实施例中，这些材料包含但不限于聚合物(例如塑料)或无定形有机材料。聚合物材料包括但不限于丙烯酸酯聚合物、乙烯基聚合物、烯烃聚合物、纤维素聚合物、非纤维素聚合物、聚酯聚合物、尼龙、环烯烃共聚物(COC)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃聚合物(COP)、液晶聚合物(LCP)、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯(PP)、聚苯醚(PPE)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(POM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚邻苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、橡胶或其任何组合。在一些实施例中，这些材料包含但不限于无机材料，其包括氧化硅、瓷、瓷釉(陶瓷)、云母、玻璃、各种金属的氧化物等的介电材料等。在一些实施例中，这些材料包含但不限于无机化合物，其包括氧化铝、氯化铝、硫化镉、氮化镓、氯化金、砷化铟、硼氢化锂、溴化银、氯化钠等。在一些实施例中，这些材料包含液体，其包括但不限于水、乙烷、甲烷、油、苯、己烷、庚烷、硅油、多氯联苯、液态空气、液态氧、液氮等。在一些实施例中，这些材料包含气体，其包括但不限于空气、氩、氦、氮、氧、二氧化碳等。在一些实施例中，所述材料是上述材料的组合。
在本发明的一些实施例中，在两个板之间存在间隔件。在一些实施例中，至少一个间隔件在样品接触区域中。在一些实施例中，间隔件具有均匀的高度。在一些实施例中，样品的厚度是与间隔件高度相同。
间隔件的高度通过板之间所需的调节间距和/或调节的最终样品厚度和剩余样品厚度来选择。间隔件高度(预定间隔件高度)、板之间的间距和/或样品厚度为3nm或更小、10nm或更小、50nm或更小、100nm或更小、200nm或更小、500nm或更小、800nm或更小、1000nm或更小、1μm或更小、2μm或更小、3μm或更小、5μm或更小、10μm或更小、20μm或更小、30μm或更小、50μm或更小、100μm或更小、150μm或更小、200μm或更小、300μm或更小、500μm或更小、800μm或更小、1mm或更小、2mm或更小、4mm或更小，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
间隔件高度、板之间的间距和/或样品厚度在一个优选实施例中为1nm至100nm，在另一个优选实施例中为100nm至500nm，在单独的优选实施例中为500nm至1000nm，在另一个优选实施例中为1μm(即1000nm)至2μm，在一个单独的优选实施例中为2μm至3μm，在另一个优选实施例中为3μm至5μm，在一个单独的优选实施例中为5μm至10μm，并且在另一个优选实施例中为10μm至50μm，在一个单独的优选实施例中为50μm至100μm。
在一些实施例中，QMAX装置是完全透明或部分透明的，以减少卡自身的热吸收。其中透明度指高于30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％或这些值中的任何两者之间的范围。
在一些实施例中，QMAX装置是部分反射的，以减少卡自身的热吸收。其中表面的反射率指高于30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％或这些值中的任何两者之间的范围。
在一些实施例中，QMAX和夹具被涂覆热绝缘层以减少卡自身的热吸收。其中热绝缘层包含包括上述低热导率材料的材料。
在一些实施例中，夹具在闭合构造中覆盖并密封所有QMAX卡。
在一些实施例中，夹具在闭合构造中覆盖QMAX卡的一些表面。
在一些实施例中，夹具具有透明的窗口，以允许光照到QMAX卡内部并从QMAX卡透出来。
在一些实施例中，夹具是完全透明的，以允许光照到QMAX卡内部并从QMAX卡透出来。
其中夹具的透明度指高于30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％，或这些值中的任何两者之间的范围。
在一些实施例中，在处于闭合构造的夹具与QMAX装置之间存在空气或液体。在某些实施例中，液体包括但不限于水、乙烷、甲烷、油、苯、己烷、庚烷、硅油、多氯联苯、液态空气、液氧、液氮等。在某些实施例中，气体包括但不限于空气、氩气、氦气、氮气、氧气、二氧化碳等。
在一些实施例中，在闭合夹具之后，由夹具施加在QMAX卡表面上的压强为0.01kg/cm2、0.1kg/cm2、0.5kg/cm2、1kg/cm2、2kg/cm2、kg/cm2、5kg/cm2、10kg/cm2、20kg/cm2、30kg/cm2、40kg/cm2、50kg/cm2、60kg/cm2、100kg/cm2、150kg/cm2、200kg/cm2，或这些值中的任何两者之间的范围；以及0.1kg/cm2至0.5kg/cm2、0.5kg/cm2至1kg/cm2、1kg/cm2至5kg/cm2、5kg/cm2至10kg/cm2(压强)的优选范围。
如图3中的装置的截面图所示，加热层112跨越样品接触区域。然而，应当注意，加热层的横向区域也可以仅占据样品接触区域的一部分，其占据百分比为约1％或以上、5％或以上、10％或以上、20％或以上、50％或以上、80％或以上、90％或以上、95％或以上、99％或以上、85％或更小、75％或更小、55％或更小、40％或更小、25％或更小、8％或更小、2.5％或更小。在一些实施例中，为了促进样品的温度改变，在一些实施例中，加热层的横向区域被配置为使得样品90接收来自加热层112的热辐射，该热辐射基本上均匀地跨越样品接触区域上的样品90的横向尺寸。
在一些实施例中，辐射吸收区域为总板区域的10％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
在一些实施例中，加热层112的厚度为10nm或更大、20nm或更大、50nm或更大、100nm或更大、200nm或更大、500nm或更大、1μm或更大、2μm或更大、5μm或更大、10μm或更大、20μm或更大、50μm或更大、100μm或更大、75μm或更小、40μm或更小、15μm或更小、7.5μm或更小、4μm或更小、1.5μm或更小、750nm或更小、400nm或更小、150nm或更小、75nm或更小、40nm或更小、或15nm或更小，或在任何两个值之间的范围内。在某些实施例中，加热层112的厚度为100nm或更小。
在一些实施例中，样品层和加热层112的面积基本上大于均匀厚度。此处，术语″基本上大于″是指样品层和/或加热层的大致直径或对角线距离是厚度的至少10倍、15倍、20倍、25倍、30倍、35倍、40倍、45倍、50倍、55倍、60倍、65倍、70倍、75倍、80倍、85倍、90倍、95倍、100倍、150倍、200倍、250倍、300倍、350倍、400倍、450倍、500倍、550倍、600倍、650倍、700倍、750倍、800倍、850倍、900倍、950倍、1000倍、1500倍、2000倍、2500倍、3000倍、3500倍、4000倍、4500倍，或5000倍，或者在任何两个值之间的范围内。
图9和10示出了QMAX卡的其他实施例。图9示出了本发明的第一板和加热层的示例性实施例。图A是俯视图，而图B是截面图。图10示出了演示第一板、第二板和加热层的本发明的两个示例性实施例的截面图。作为一个整体，第一板和第二板、光学加热层可以被视为样品保持器，其不仅涉及这里示出和/或描述的实施例，而且涉及能够将液体样品的至少一部分挤压成厚度均匀的层的其他实施例。
如图9的图A所示，在一些实施例中，加热层与第一板接触。然而，应当注意，在一些实施例中，加热层可以与第二板20接触。另外，在一些实施例中，加热层不与任何板接触。在一些实施例中，不存在加热层的单独结构；第一板和/或第二板20和/或样品本身可以吸收电磁辐射，使得样品的温度可以升高。
在一些实施例中，加热层的面积小于1000mm2、900mm2、800mm2、700mm2、600mm2、500mm2、400mm2、300mm2、200mm2、100mm2、90mm2、80mm2、75mm2、70mm2、60mm2、50mm2、40mm2、30mm2、25mm2、20mm2、10mm2、5mm2、2mm2、1mm2、0.5mm2、0.2mm2、0.1mm2或0.01mm2，或在这两个值之间的范围内。在一些实施例中，加热层具有基本上小于第一板(和/或第二板)的面积的面积。例如，在某些实施例中，加热层的面积仅占据第一板(或第二板)的面积的一部分或第一板或第二板的样品接触面积的百分比为约1％或更大、5％或更大、10％或更大、20％或更大、50％或更大、80％或更大、90％或更大、95％或更大、99％或更大、85％或更小、75％或更小、55％或更小、40％或更小、25％或更小、8％或更小、2.5％或更小。
在一些实施例中，加热层具有基本上均匀的厚度。在一些实施例中，加热层的厚度小于10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm、1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400m、500m、600m、700m、800m、900m、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm或10mm，或在任何两个值之间的范围内。
加热层可以采用任何形状。例如，从俯视图看，加热层可以是正方形、圆形、椭圆形、三角形、矩形、平行四边形、梯形、五边形、六边形、八边形、多边形或各种其他形状。
在一些实施例中，第一板或第二板的厚度为2nm或更小、10nm或更小、100nm或更小、200nm或更小、500nm或更小、1000nm或更小、2μm(微米)或更小、5μm或更小、10μm或更小、20μm或更小、50μm或更小、100μm或更小、150μm或更小、200μm或更小、300μm或更小、500μm或更小、800μm或更小、1mm(毫米)或更小、2mm或更小、3mm或更小、5mm或更小、10mm或更小、20mm或更小、50mm或更小、100mm或更小、500mm或更小，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
在一些实施例中，第一板和第二板的横向面积为1mm2(平方毫米)或更小、10mm2或更小、25mm2或更小、50mm2或更小、75mm2或更小、1cm2(平方厘米)或更小、2cm2或更小、3cm2或更小、4cm2或更小、5cm2或更小、10cm2或更小、100cm2或更小、500cm2或更小、1000cm2或更小、5000cm2或更小、10,000cm2或更小、10,000cm2或更小，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
在一些实施例中，与加热层接触的板(第一板、第二板或两个板)是薄的，使得样品的温度可以快速改变。例如，在某些实施例中，与加热层接触的板的厚度等于或小于500μm、200μm、100μm、50μm、25μm、10μm、5μm、2.5μm、1μm、500nm、400nm、300nm、200nm或100nm，或者在任何两个值之间的范围内。在一些实施例中，如果仅一个板与加热层接触，则与加热层接触的板基本上薄于不与加热层接触的板。例如，在一些实施例中，与加热层接触的板的厚度小于与加热层接触的板的厚度的1/1,000,000、1/500,000、1/100,000、1/50,000、1/10,000、1/5,000、1/1,000、1/500、1/100、1/50、1/10、1/5或1/2，或在任何两个值之间的范围内。
在一些实施例中，样品层薄，使得样品层的温度可以快速改变。在某些实施例中，样品层的厚度等于或小于100μm、50μm、25μm、10μm、5μm、2.5μm、1μm、500nm、400nm、300nm、200nm或100nm，或在任何两个值之间的范围内。
在一些实施例中，样品保持器还包含间隔件。在某些实施例中，间隔件固定于一个或两个板上。在某些实施例中，间隔件与样品混合。在一些实施例中，间隔件具有均匀的高度，并且间隔件与第二板和第二板一起调节样品层。在一些实施例中，样品层的厚度基本上等于间隔件的高度。在一些实施例中，这些板是平坦的(例如，如图10的图A所示)。在一些实施例中，一个或两个板包括孔(例如，如图10的图B所示)。例如，在某些实施例中，孔的宽度可以小于500μm、200μm、100μm、50μm、25μm、10μm、5μm、2.5μm、1μm、500nm、400nm、300nm、200nm或100nm，或在两个值的任何一个之间的范围内。在某些实施例中，孔的深度可以小于500μm、200μm、100μm、50μm、25μm、10μm、5μm、2.5μm、1μm、500nm、400nm、300nm、200nm、100nm、50nm、20nm、10nm、5nm、2nm或1nm，或者在任何两个值之间的范围内。
在各种实施例中，加热层的定位也可以变化。在一些实施例中，如图10所示，加热层位于第一板的内表面。这里，内表面被定义为与样品接触的表面，其中样品被挤压成一层。另一个表面是外表面。在一些实施例中，加热层位于第一板的内表面处。在一些实施例中，加热层位于第二板的内表面处。在一些实施例中，加热层位于第一板的外表面处。在一些实施例中，加热层位于第二板的外表面处。在一些实施例中，在第一板和/或第二板的内表面和/或外表面处存在至少两个加热层。
如本文所示和所述，在一些实施例中，样品保持器被配置为将流体样品挤压成薄层，从而减小样品的热质量。但是少量能量能够以减小热质量的方式快速改变样品的温度。此外，热传导也通过限制样品厚度而受到限制。
在一些实施例中，在第一板10和第二板20的相应表面上存在样品接触区域。样品接触区域可以是第一板10和/或第二板20的表面的任何部分。在一些实施例中，加热层至少部分地与样品接触区域重叠。在重叠部分中，样品由于极其贴近和热质量小而被快速加热。
根据本发明的一些实施例，通过使用以下因素和设计的组合和/或优化来设计可被快速加热和冷却的样品卡：
(i)卡以及样品的热质量被最小化以降低加热所需的能量和冷却所需的能量。
(ii)降低卡的不同位置之间和/或样品的不同位置之间的热传导，以允许不同位置中的不同温度。实现这一点的一种方式是减小卡板和板的厚度。
(iii)增加卡板和/或样品的表面体积比，使得对于给定的体积，它们具有小的厚度但具有大的面积。大的面积将促进快速加热和快速冷却(辐射冷却和/或对流冷却)。
(iv)可以快速加热和冷却(即RHC)的加热器(例如，加热层)紧邻并靠近待加热的样品区域放置。样品区域与加热器的加热元件之间的间隔远小于加热器区域的平均直径(″平均直径″定义为该区域的周长除以π(即3.14)。)。加热器可以是光学加热器或组合的电加热器，或组合。对于光学加热器，加热元件吸收来自光源的光并将其转换成热。对于电加热，加热元件通过流过电流而被加热。
(v)调节辐射冷却和对流冷却以快速冷却。
(vi)用于辐射冷却和/或对流冷却的散热器用于快速冷却。
加热、冷却和控制
图4示出了本发明的系统的实施例的透视图和截面图。在一些实施例中，如图(A)和(B)所示，该系统包含样品保持器100和热控制单元200；样品保持器100包含第一板10、第二板20以及间隔机构(未示出)；热控制单元200包含加热源202和控制器204。图2的图(A)和(B)示出了当系统的样品保持器100处于闭合构造时的系统的透视图和截面图。
如图3的图(B)所示，热控制单元200包含加热源202和控制器204。在一些实施例中，热控制单元200提供电磁波形式的能量以用于样品的温度改变。
参见图4的图(A)和(B)，加热源202被配置为将电磁波210投射到样品保持器100的加热层112，该加热层112被配置为吸收电磁波210并将电磁波210的大部分转换成热以产生热辐射，该热辐射升高样品90靠近加热层112的部分的温度。换句话说，加热源202和加热层112的耦合被配置为提供促进样品90的温度改变所需的热能。
在一些实施例中，来自加热源202的辐射包含无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波、X射线、γ射线，或热辐射，或它们的任何组合。在一些实施例中，加热层112具有优选光波长范围，在优选光波长范围内，加热层112吸收效率最高。在一些实施例中，加热源202被配置为以如下波长范围投射电磁波：在加热层112的优选波长范围内、与加热层112的优选波长范围重叠或涵盖加热层112的优选波长范围。在其他实施例中，为了促进温度改变，波长被合理地设计成远离加热层的优选波长。
在一些实施例中，加热源202包含激光源，其提供窄波长范围内的激光。在其他实施例中，加热源202包含一个或多个LED(发光二极管)。
参照图4的图(A)和(B)，控制器204被配置为控制加热源202投射的电磁波210以用于样品的温度改变。控制器204控制的电磁波210的参数包括但不限于：存在、强度、波长、入射角度，以及它们的任何组合。在一些实施例中，控制器是手动操作的，例如，它与手动开关一样简单地控制加热源的接通和断开，从而控制加热源投射的电磁波的存在与否。在其他实施例中，控制器包括被配置为根据一个或多个预定程序自动控制电磁波的硬件和软件。
在一些实施例中，预定程序是指时间表，其中电磁波210的参数(例如，存在、强度和/或波长)被设置为针对相应预定时间段的预定水平。在其他实施例中，预定程序是指时间表，其中样品90的温度被设置为针对相应预定时间段的预定水平，并且针对样品温度从一个预定水平变化到另一个预定水平的时间段也被分别设置。在一些实施例中，控制器204被配置为是可编程的，这意味着控制器204包含被配置为接收和执行系统的预定程序的硬件和软件，预定程序由系统的操作员提供。
图5示出了本发明的实施例的截面图，演示了热循环仪系统并且示出促进温度改变和控制的附加元件。如图5所示，热循环仪系统包含样品保持器100和热控制单元200。样品保持器100包含第一板10、第二板20、间隔机构40以及密封元件30；热控制单元200包含加热源202、控制器204、温度计206以及扩展器208。
图5示出了处于闭合构造的样品保持器100，其中第一板和第二板10和20的内表面11和21彼此面对，并且两个板之间的间距102由间隔机构40调节。如果样品90已经沉积在处于开放构造的一个或两个板上，当切换到闭合构造时，用人手或其他机构按压第一板10和第二板20，样品90因此被两个板压成薄层。在一些实施例中，层的厚度是均匀的并且与两个板之间的间距102相同。在某些实施例中，间距102(并且因此也是样品层的厚度)由间隔机构40调节。在一些实施例中，间隔机构包含固定于其中一个板的封闭间隔件。在一些实施例中，间隔机构40包含固定于一个或两个板的多个柱状间隔件。此处，术语″固定″是指间隔件附接于板上并且至少在板的使用期间保持该附接。
在一些实施例中，样品保持器100是挤压调节开放流(CROF，也称为QMAX)装置，比如但不限于以下专利申请中描述的CROF装置：于2015年8月10日提交的美国临时专利申请号62/202,989、于2015年9月14日提交的美国临时专利申请号62/218,455、于2016年2月9日提交的美国临时专利申请号62/293,188、于2016年3月8日提交的美国临时专利申请号62/305,123、于2016年7月31日提交的美国临时专利申请号62/369,181、于2016年9月15日提交的美国临时专利申请号62/394,753、于2016年8月10日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437、于2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/051775、于2016年9月15日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/051794，以及于2016年9月27日提交的PCT/US2016/054025，其全部公开内容出于所有目的通过引用并入本文。
在一些实施例中，样品保持器100包含密封元件30，该密封元件30被配置为在闭合构造下在介质接触区域之外密封第一板10与第二板20之间的间距102。在某些实施例中，密封元件30将样品90封闭在某一区域(例如，样品接纳区域)内，使得样品90的整个横向区域被明确地限定并且可测量。在某些实施例中，密封元件30改善了样品90的均匀性，尤其是样品层的厚度。
在一些实施例中，密封元件30包含在闭合构造下涂覆在第一板10与第二板20之间的粘合剂。粘合剂选自以下材料，比如但不限于：淀粉、糊精、明胶、沥青(asphalt)、沥青(bitumin)、聚异戊二烯天然橡胶、树脂、虫胶、纤维素及其衍生物、乙烯基衍生物、丙烯酸衍生物、反应性丙烯酸基、聚氯丁二烯、苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-二烯-苯乙烯、聚异丁烯、丙烯腈-丁二烯、聚氨酯、聚硫化物、硅酮、醛缩合树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚酯树脂、聚烯烃聚合物、可溶性硅酸盐、磷酸盐水泥，或任何其他粘合剂材料，或它们的任何组合。在一些实施例中，粘合剂是干燥粘合剂、压敏粘合剂、接触粘合剂、热粘合剂，或单组分或多组分反应性粘合剂，或它们的任何组合。在一些实施例中，粘合剂是天然粘合剂或合成粘合剂，或来自任何其他来源，或它们的任何组合。在一些实施例中，粘合剂是自发固化的、热固化的、UV固化的，或通过任何其他处理固化的，或它们的任何组合。
在一些实施例中，密封元件30包含封闭间隔件(孔)。例如，从俯视图看，封闭间隔件具有圆形形状(或任何其他封闭形状)并围绕样品90，基本上将样品90与第一板10和第二板20限定在一起。在某些实施例中，封闭间隔件(孔)还用作间隔机构40。在这样的实施例中，封闭间隔件密封样品90的横向边界并且调节样品层的厚度。
在一些实施例中，控制器204被配置为根据预定程序调节样品的温度以促进涉及样品90的测定和/或反应。在一些实施例中，该测定和/或反应是PCR。在某些实施例中，控制器204被配置为控制来自加热源206的电磁波的存在、强度和/或频率。
如图5所示，在一些实施例中，热控制单元200包含温度计206。在一些实施例中，温度计206提供监测和/或反馈机构以控制/监测/调节样品90的温度。例如，在一些实施例中，温度计206被配置为测量样品接触区域处或附近的温度。在某些实施例中，温度计206被配置为直接测量样品90的温度。在一些实施例中，温度计206选自以下组成的组：光纤温度计、红外温度计、液晶温度计、高温计、石英温度计、硅带隙温度传感器、温度条、热敏电阻，以及热电偶。在某些实施例中，温度计206是红外温度计。
在一些实施例中，温度计206被配置为向控制器204发送信号。这样的信号包含与样品90的温度相关的信息，使得控制器204作出相应改变。例如，在PCR过程中，对于变性步骤，将目标温度设定为95℃；测量后，温度计向控制器204发送信号，指示样品90的测量温度实际为94.8℃；控制器204因此改变加热源202的输出，加热源202投射电磁波或调节现有电磁波的特定参数(例如强度或频率)，使得样品90的温度增加到95℃。这种测量信号调节循环应用于任何反应/测定中的任何步骤。
如图5所示，热控制单元200包含光束扩展器208，其被配置为将来自加热源202的电磁波从较小直径扩展到较大直径。在一些实施例中，从加热源202投射的电磁波足以覆盖整个样品接触区域；然而，在一些实施例中，有必要扩大加热源202投射的电磁波的覆盖区域以产生扩大的电磁波210，为所有样品接触区域提供热源。光束扩展器208采用任何已知技术，包括但不限于美国专利号4,545,677、4,214,813、4,127,828和4,016,504以及美国专利公开号2008/0297912和2010/0214659中描述的光束扩展器，其全部内容通过引入并入本文作为参考。
图11和12提供了该系统的其他实施例。图11示出了本发明的示例性实施例的截面图，演示了快速改变样品温度的系统。图11示出了根据一个实施例的加热源的详细元件。
如图11和图12所示，在一些实施例中，该系统包含样品保持器和加热源。在一些实施例中，如本文所述，样品保持器包含第一板、第二板和/或加热层。加热源发射到达样品的电磁波，并且可以转换成升高样品温度的热量。在一些实施例中，通过加热层进行转化。当没有特定的加热层时，通过样品保持器的其他部分进行转换。
如图11和图12所示，在一些实施例中，系统包含封闭样品保持器的腔室。在一些实施例中，腔室是图1中的散热器的示例。在一些实施例中，该腔室包含光学孔，该光学孔被配置为允许对该样品进行成像。在一些实施例中，该腔室包含辐射孔，该辐射孔被配置为允许电磁波从加热源通过到达加热层。在某些实施例中，窗口位于辐射孔处以允许电磁波通过。在某些实施例中，滤光器(例如带通滤光器)定位在光学孔处，以允许样品在样品保持器中成像。
在一些实施例中，腔室用于吸收来自样品和/或加热源的热量。在一些实施例中，腔室包含金属壳体。在一些实施例中，腔室包含外层。在某些实施例中，外层是黑色的。在一些实施例中，外层由黑色金属制成。在一些实施例中，腔室包含内层。在一些实施例中，内层由非反射材料制成。在某些实施例中，内层是黑色的。在一些实施例中，内层由黑色金属制成。
如图11和图12所示，在一些实施例中，该系统包含光学传感器，该光学传感器被配置为捕获样品保持器中的流体样品的图像。在一些实施例中，该系统还包含光源，该光源在一些情况下可以与光学传感器集成并且在一些情况下可以是分开的。在一些实施例中，光源被配置为提供可以到达样品的激发光。在一些实施例中，样品可以提供可以由光学传感器捕获的信号光，以便拍摄图像。
如图11所示，在一些实施例中，加热源包含LED或激光二极管。在某些实施例中，加热源还包含光纤耦合器和将来自LED/激光二极管的光引导到样品保持器的光纤。
图12示出了本发明的示例性实施例的截面图，演示快速改变样品温度的系统。图12示出了根据一个实施例的加热源的详细元件。如图12所示，在一些实施例中，加热源包含LED或激光二极管。在某些实施例中，加热源还包含一个或多个聚焦透镜，其将来自加热源的电磁波聚焦到样品保持器中的样品。
在一些实施例中，电磁波的波长是50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800nm、850nm、900nm、950nm、1μm、10μm、25μm、50μm、75μm、或100μm，或在任何两个值之间的范围内。在一些实施例中，电磁波的波长是100nm至300nm、400nm至700nm(可见范围)、700nm至1000nm(IR范围)、1μm至10μm、10μm至100μm，或在任何两个值之间的范围内。
生物化学和测定
本发明的热循环仪系统和相关方法用于促进化学、生物或医学测定或反应。在一些实施例中，反应需要温度改变。在一些实施例中，反应需要或优选快速的温度改变以避免非特异性反应和/或减少等待时间。在某些实施例中，本发明的系统和方法用于促进需要循环温度改变以扩增流体样品中的核苷酸的反应；这些反应包括但不限于聚合酶链式反应(PCR)。下面的描述使用PCR作为示例来说明本发明的热循环仪系统和方法的性能和使用。然而，应当注意，本文所述的装置、系统和方法的一些实施例也适用于需要温度控制和改变的其他测定和/或反应。
在一些实施例中，测定(例如PCR)可以用未处理的样品进行。例如，PCR反应的模板可以由直接从受试者获得的样品提供而无需额外的处理。在一些实施例中，样品可以是来自个体的全血。在一些实施例中，这种″一步″方法将允许更方便地使用本文所述的装置。
在一些实施例中，样品90是用于聚合酶链式反应(PCR)的预混合反应介质。例如，在某些实施例中，反应介质包括组分，比如但不限于：DNA模板、两种引物、DNA聚合酶(例如，Taq聚合酶)、脱氧核苷三磷酸(dNTP)、二价阳离子(例如Mg2+)、单价阳离子(例如K+)和缓冲溶液。具体的组分、各组分的浓度以及总体积根据反应的合理设计而变化。
在一些实施例中，PCR测定需要在以下步骤之间进行样品温度的许多更改/改变：(i)可选的初始化步骤，其需要将样品加热至92-98℃；(2)变性步骤，其需要将样品加热至92-98℃；(3)退火步骤，其需要将样品温度降低至50-65℃；(4)延伸(或延长)步骤，其需要将样品加热至75-80℃；(5)重复步骤(2)-(4)约20-40次；以及(6)完成测定并将样品的温度降低至环境温度(例如室温)或冷却至约4℃。每个步骤的具体温度和具体时间段有变化并取决于许多因素，包括但不限于靶序列的长度、引物的长度、阳离子浓度和/或GC百分比。
本发明的热循环仪系统实现了PCR测定的快速温度改变。例如，参见图3的图(A)和(B)以及图4的图(B)，在一些实施例中，将样品90(例如预混合反应介质)添加至处于开放构造的一个或两个板10和20上，并且将板切换至闭合构造以将样品90压成具有厚度102的薄层，厚度102由间隔机构(未示出)调节；加热源202将电磁波210投射到第一板10上(例如，具体地投射到加热层112上)；加热层112被配置为吸收电磁波210并且将电磁波210的至少大部分转换成热量，这些热量升高样品的温度；移除电磁波210引起样品90的温度降低。
在一些实施例中，通过将电磁波210投射到加热层112上或增加电磁波的强度，热循环仪系统为初始化步骤、变性步骤和/或延伸/延长步骤中的任一或全部步骤提供快速加热(升高温度)；在一些实施例中，通过移除加热源202投射的电磁波或减小电磁波的强度，快速实现了退火步骤中的冷却和/或最终冷却步骤。在一些实施例中，电磁波210或电磁波210的强度的增加产生至少50℃/s、45℃/s、40℃/s、35℃/s、30℃/s、25℃/s、20℃/s、18℃/s、16℃/s、14℃/s、12℃/s、10℃/s、9℃/s、8℃/s、7℃/s、6℃/s、5℃/s、4℃/s、3℃/s或2℃/s，或在两个值中的任何值之间的范围内的升温度速率。在某些实施例中，PCR测定中的平均升温速率为10℃/s或更高。在一些实施例中，电磁波210的移除或电磁波210的强度的减弱产生至少50℃/s、45℃/s、40℃/s、35℃/s、30℃/s、25℃/s、20℃/s、18℃/s、16℃/s、14℃/s、12℃/s、10℃/s、9℃/s、8℃/s、7℃/s、6℃/s、5℃/s、4℃/s、3℃/s或2℃/s，或在两个值中的任何值之间的范围内的降温度速率。在某些实施例中，PCR测定中的平均降温速率为5℃/s以上。如本文所使用，术语″速率″是指两个预设温度之间的温度改变速度。在一些实施例中，每个步骤的平均上升或下降温度是不同的。
在PCR过程中，在任何步骤中已经达到目标温度后，样品需要在目标温度下保持一段时间。本发明的热循环仪系统通过以下方式提供温度保持功能：(1)调节电磁波210的强度，如果温度已经升高到目标温度则降低电磁波210的强度，或者如果温度已经降低到目标温度则增加电磁波210的强度，和/或(2)通过平衡提供给样品的热量和从样品移除的热量来保持目标温度。
图7展示了使用QMAX卡装置来扩增核酸的示例性过程的横截面图。步骤的示例包括(A)将含有核酸的样品引入到第一板(基板)的内侧；(B)将第二板(QMAX卡)按压到第一板的内表面上以形成装置的闭合构造，其中用于核酸扩增的必要试剂在第二板的内表面上干燥；(c)在由第一板和第二板封闭的腔室中积累核酸扩增产物。
图7展示了使用QMAX卡装置来扩增核酸的示例性过程的横截面图。
必要时，可将样品引入到第一板或第二板上，或甚至两者上。本文图7提供了将样品引入到第一板内表面上的示例。
更具体地，在步骤(b)中，将第二板按压到第一板的内表面上，与样品接触，以形成装置的闭合构造。如本文所使用，″第二板″是指在接触样品的内表面上具有固定间隔的间隔件的QMAX卡。
更具体地，在步骤(c)中，当装置处于闭合构造时，加热源向第一板或第二板或两者的内表面或外表面上的加热层投射电磁波。加热层被配置为吸收电磁波并且将来自所述电磁波的能量的至少大部分转换成热的形式，这些热能被传递到封闭室中的样品。在一些实施例中，加热源被编程以在环境温度至98℃的范围内调节所述样品的温度。在一些实施例中，例如对于常规PCR，样品首先加热至98℃，然后经历94℃、50-65℃和72℃的重复循环15-40次。在一些实施例中，例如对于等温扩增，样品的温度被保持在恒定温度。在一些实施例中，例如当通过LAMP进行等温扩增时，将样品加热至60-65℃约1-70分钟。
图8展示了使用QMAX卡装置结合核酸提取和扩增的示例性测定过程的横截面图。步骤的示例包括(a)将捕获探针固定在第一板(基板)的内表面上；(b)将样品引入到第一板的内表面上；(c)将第二板(QMAX卡1)按压到第一板的内表面上以形成装置的闭合构造，其中促进释放和捕获核酸的必要试剂1在第二板的内表面上干燥；(d)将来自上述样品的核酸捕获到第一板的内表面上；(e)拆卸第二板并用海绵清洁第一板的内表面；(f)将第三板(QMAX卡2)按压到第一板的内表面上，其中用于核酸扩增的必要试剂2在第三板的内表面上干燥；(g)在由第一板和第三板封闭的腔室中积累核酸扩增产物。
更具体地，在步骤(a)中，捕获探针固定在第一板的内表面上。如本文所使用，″捕获探针″指长度为1-200bp，优选5-50bp，更优选10-20bp的寡核苷酸。捕获探针具有与样品中相关核酸序列互补的序列。在一些实施例中，将相同的捕获探针固定在第一板的表面上。在一些其他实施例中，将具有不同碱基对组成的不同捕获探针固定在第一板的表面上。捕获探针可以是DNA，或RNA，或两者，但优选是单链DNA。如本文所使用，″固定″是指将捕获探针锚定在板表面上的过程。在一些实施例中，捕获探针通过共价键锚定，其中例如捕获探针的5′或3′末端被修饰以促进板表面上的包被。通常使用的3′末端修饰包括但不限于硫醇、二硫醇、胺、生物素等。在一些其他实施例中，捕获探针可被动地吸收在衬底表面上。
在用捕获探针固定后，利用封闭剂溶液封闭板表面。合适的封闭剂包括但不限于6-巯基-己醇、牛血清白蛋白等。
如图8中步骤(b)所示，″样品″可以是包含或不包含样品的任何核酸，包括但不限于人体液，例如全血、血浆、血清、尿液、唾液和汗液，以及细胞培养物(哺乳动物、植物、细菌、真菌)。样品可以是新鲜获得的，或以任何所需或方便的方式(例如通过稀释或加入缓冲液或其他溶液或溶剂)储存或处理的。样品中可以存在细胞结构，例如人源细胞、动物细胞、植物细胞、细菌细胞、真菌细胞，以及病毒颗粒。
必要时，可将样品引入到第一板或第二板上，或甚至两者上。本文的图8提供了将样品引入到第一板内表面上的实施例。
更具体地，在步骤(c)中，将第二板(QMAX卡1)按压到第一板(基板)的内表面上，与样品接触，以形成装置的闭合构造。用于核酸扩增的必要试剂1是在第一板或第二板或两者的内表面上的干燥形式，或者是包封、包埋或包围在随温度升高而熔化的材料(例如石蜡)中的液体形式。
更具体地，在步骤(d)中，在与上述样品接触之后，干燥的必要试剂1溶解在样品中。从破坏的细胞结构释放的或以无细胞核酸存在的或其组合的目的核酸与板表面上的互补捕获探针杂交。用于杂交的时间很大程度上视QMAX卡1内表面上的间隔件的规格而变化。在一些实施例中，例如，当使用具有高度为30μm的间隔件的QMAX卡1时，2分钟后指示实验数据，目的核酸和固定的捕获探针之间的杂交达到平衡。如本文所使用，图8的(d)中，″未杂交的核酸″指未被固定的捕获探针捕获的核酸。
更具体地，在图8的步骤(e)中，将第二板(QMAX卡1)与第一板(基板)分离，并使用海绵清洁第一板(基板)的表面。如本文所使用，″海绵″是指在不同压力下改变孔径的一类柔性多孔材料。含有洗涤缓冲液的海绵与第一板表面接触以除去污染物。在一些实施例中，海绵与第一板表面接触一次。在一些其他实施例中，海绵与第一板表面接触两次或两次以上。如本文所使用，″污染物″是指不利于核酸扩增反应的化合物，包括但不限于细胞碎片、蛋白质、非特异性核酸等。
更具体地，在图8的步骤(f)中，将第三板(QMAX卡2)按压到第一板的内表面上，与样品接触，以形成装置的闭合构造。用于核酸扩增的必要试剂2可以是在第一板或第三板或两者的内表面上的干燥形式，或者是包封、包埋或包围在随温度升高而熔化的材料(诸如例如石蜡)中的液体形式。
更具体地，在图8的步骤(g)中，当装置处于闭合构造时，加热源向第一板或第三板或两者的内表面或外表面上的加热层投射电磁波。加热层被配置为吸收电磁波并且将来自所述电磁波的能量的至少大部分转换成热的形式，这些热能被传递到封闭室中的样品。在一些实施例中，加热源被编程以在环境温度至98℃的范围内调节所述样品的温度。在一些实施例中，例如对于常规PCR，样品首先加热至98℃，然后经历94℃、50-65℃和72℃的重复循环15-40次。在一些实施例中，例如对于等温扩增，样品的温度被保持在恒定温度。在一些实施例中，例如当通过LAMP进行等温扩增时，将样品加热至60-65℃约1-70分钟。
在QMAX的一些实施例中，一个或两个板的样品接触区域包含挤压开放流动监测表面结构(MSS)，该挤压开放流动监测表面结构被配置为监测在COF之后已经发生了多少流动。例如，在一些实施例中，MSS包含浅正方形阵列，其将引起对样品中的组分(例如血液中的血细胞)的摩擦。通过检查样品的一些组分的分布，可以获得与样品及其组分在COF下的流动相关的信息。
MSS的深度可以是间隔件高度的1/1000、1/100、1/100、1/5、1/2或在任何两个值的范围内，并且呈突出或孔形。
多路复用
图6示出了本发明的另一实施例的透视图，其中板上有多个样品接触区域，允许处理和分析多个样品。如图3的图(A)和(B)所示，本发明的热循环仪系统包含样品保持器100和热控制单元200；样品保持器100包含第一板10、多个第二板20以及多个间隔机构(未示出)；热控制单元200包含加热源202和控制器204。
参考图6的图(A)，一个或两个板(例如第一板10)包含多个样品接触区域(未标记)。在一些实施例中，一个或两个板(例如第一板10)包含多个加热层112。图4的图(A)示出了处于开放构造的样品保持器100，其中第一板10和第二板20是部分或完全分开的，允许一个或多个样品沉积到一个或两个板上。在开放构造中，第一板10和第二板20之间的间距不由间隔机构调节。
图6的图(B)示出了处于闭合构造的样品保持器100，其中两个板的内表面彼此面对，并且两个板之间的间距102由间隔机构(未示出)调节。如果一个或多个样品已经沉积在板上，则板被配置为将每个样品挤压成一层，层的厚度由间隔机构调节。
如图6的图(B)所示，多个第二板20用于覆盖第一板10的一部分。例如，每个第二板20覆盖其上沉积有样品的单个样品接触区域。每个样品接触区域都有间隔机构，并且该间隔机构具有不同的高度，从而针对每个样品接触区域以及针对每个样品层的不同厚度产生不同的间距102。例如，间隔机构为柱状间隔件；每个样品接触区域具有一组高度均匀的间隔件；不同组的间隔件的高度相同或不同，导致不同样品的样品层厚度相同或不同。
参见图6的图(A)和(B)，在一些实施例中，控制器204引导加热源202将电磁波210投射到第一板10(并且因此投射到加热层112)，其中电磁波210被加热层112吸收并且转换成热，导致样品中的温度改变。在一些实施例中，当存在多个样品接触区域时，多个样品被处理和分析。例如，在某些实施例中，每个样品是具有不同组分的预混合PCR反应介质。一个样品保持器100用于在相同或不同条件下测试扩增相同核苷酸和/或扩增不同核苷酸的不同条件。
示例性实施例
A1.一种用于快速改变薄流体样品层的温度的装置，包含：
第一板、第二板以及加热层，其中：
i.加热层位于其中一个板上，
ii.每个板在其各自的表面上包含用于接触流体样品的样品接触区域；并且
iii.板具有用于快速改变样品的温度的构造，其中：
a.样品接触区域彼此面对并且显著平行，
b.接触区域之间的平均间距等于或小于200微米，
c.两个板将样品的至少一部分调节(或限定)成厚度非常均匀的层并且相对于板基本停滞，
d.加热层位于厚度均匀的样品的至少一部分的附近，
e.样品的至少一部分和加热层的面积基本上大于均匀厚度。
A2.根据实施例A1的装置，其中加热层包含磁盘耦合点柱天线(D2PA)阵列、硅夹层、石墨烯、背面材料、超晶格或其他等离子体材料，以及它们的其他组合。
A3.根据实施例A1的装置，其中加热层包含碳或黑色纳米结构或其组合。
A4.根据实施例A1-A3中任一项的装置，其中加热层被配置为吸收辐射能量。
A5.根据实施例A1-A4中任一项的装置，其中加热层被配置为在吸收辐射能量之后以热量的形式辐射能量。
A6.根据实施例A1-A5中任一项的装置，其中加热层位于该样品层下方并且与该样品层直接接触。
A7.根据实施例A1-A6中任一项的装置，其中该加热层被配置为吸收电磁波，该电磁波选自以下组成的组：无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波、X射线、γ射线，以及热辐射。
A8.根据实施例A1-A7中任一项的装置，其中该板中的至少一个不阻挡该加热层吸收的辐射。
A9.根据实施例A1-A8中任一项的装置，其中一个或两个板具有低热导率。
A10.根据实施例A1-A9中任一项的装置，其中该样品层的均匀厚度由固定于一个或两个板的一个或多个间隔件调节。
A11.根据实施例A1-A10中任一项的装置，其中该样品是预混合聚合酶链式反应(PCR)介质。
A12.根据实施例A11的装置，其中该装置被配置为促进用于根据预定程序改变样品的温度的PCR测定。
A13.根据实施例A1-A12中任一项的装置，其中该装置被配置为进行诊断测试、健康监测、环境测试，和/或法医鉴定。
A14.根据实施例A1-A13中任一项的装置，其中该装置被配置为进行DNA扩增、DNA定量、选择性DNA分离、遗传分析、组织分型、癌基因鉴定、传染病测试、遗传指纹分析，和/或亲子鉴定。
A15.根据实施例A1-A14中任一项的装置，其中该样品层被横向密封以减少样品蒸发。
B1.一种用于快速改变薄流体样品层的温度的系统，包含：
第一板、第二板、加热层以及加热源，其中：
i.加热层位于其中一个板上；
ii.加热源被配置为辐射被加热层显著吸收的电磁波；
iii.每个板在其各自的表面上包含用于接触流体样品的样品接触区域；并且
iv.板具有用于快速改变样品的温度的构造，其中：
a.样品接触区域彼此面对并且显著平行，
b.接触区域之间的平均间距等于或小于200μm，
c.两个板将样品的至少一部分限定成厚度非常均匀的层并且相对于板基本停滞，
d.加热层位于厚度均匀的样品的至少一部分的附近，
e.样品的至少一部分和加热层的面积基本上大于均匀厚度。
B2.根据实施例B1的系统，其中该加热层包含磁盘耦合点柱天线(D2PA)阵列、硅夹层、石墨烯、超晶格或其他等离子体材料，或它们的组合。
B3.根据实施例B1的系统，其中该加热层包含碳或黑色纳米结构或其组合。
B4.根据实施例B1-B3中任一项的系统，其中该加热层被配置为吸收来自该加热源的电磁波的辐射能量的至少80％。
B5.根据实施例B1-B4中任一项的系统，其中该加热层被配置为在吸收辐射能量之后以热量的形式辐射能量。
B6.根据实施例B1-B5中任一项的系统，其中该加热层位于该样品层下方并且与该样品层直接接触。
B7.根据实施例B1-B6中任一项的系统，其中该加热层被配置为吸收电磁波，该电磁波选自以下组成的组：无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波、X射线、γ射线，以及热辐射。
B8.根据实施例B1-B7中任一项的系统，其中至少一个板不阻挡来自热源的辐射。
B9.根据实施例B1-B8中任一项的系统，其中一个或两个板具有低热导率。
B10.根据实施例B1-B9中任一项的系统，其中该样品层的均匀厚度由固定于一个或两个板的一个或多个间隔件调节。
B11.根据实施例B1-B10中任一项的系统，其中该样品是预混合聚合酶链式反应(PCR)介质。
B12.根据实施例B11的系统，其中该系统被配置为促进用于根据预定程序改变样品的温度的PCR测定。
B13.根据实施例B1-B12中任一项的系统，其中该系统被配置为进行诊断测试、健康监测、环境测试，和/或法医鉴定。
B14.根据实施例B1-B15中任一项的系统，其中该系统被配置为进行DNA扩增、DNA定量、选择性DNA分离、遗传分析、组织分型、癌基因鉴定、传染病测试、遗传指纹分析，和/或亲子鉴定。
B15.根据实施例B1-B14中任一项的系统，其中该样品层被横向密封以减少样品蒸发。
B16.根据实施例B1-B15中任一项的系统，还包含：控制器，该控制器被配置为控制该电磁波的存在、强度、波长、频率，和/或角度。
B17.根据实施例B1-B16中任一项的系统，还包含：温度计，该温度计被配置为测量该样品接触区域处或附近的温度并且基于所测量的温度向该控制器发送信号。
B18.根据实施例B17的系统，其中该温度计选自以下组成的组：光纤温度计、红外温度计、液晶温度计、高温计、石英温度计、硅带隙温度传感器、温度条、热敏电阻，以及热电偶。
C1.一种用于通过快速改变薄流体PCR样品层的温度来促进聚合酶链式反应(PCR)的系统，包含：
第一板、第二板、加热层、加热源以及控制器，其中：
i.加热层位于其中一个板上；
ii.加热源被配置为辐射被加热层显著吸收的电磁波；
iii.每个板在其各自的表面上包含用于接触流体PCR样品的样品接触区域，流体PCR样品是预混合PCR介质；
iv.控制器被配置为控制加热源并根据预定程序快速改变样品的温度；并且
v.板具有用于快速改变样品的温度的构造，其中：
(a)样品接触区域彼此面对并且显著平行，
(b)接触区域之间的平均间距等于或小于200μm，
(c)两个板将样品的至少一部分限定成厚度非常均匀的层并且相对于板基本停滞，
(d)加热层位于厚度均匀的样品的至少一部分的附近，
(e)样品的至少一部分和加热层的面积基本上大于均匀厚度。
C2.根据实施例C1的系统，其中该控制器被配置为控制来自该加热源的电磁波的存在、强度、波长、频率，和/或角度。
C3.根据实施例C1或C2的系统，其中该加热源和该加热层被配置为使得该电磁波引起至少10℃/s的平均升温速率；并且去除该电磁波引起至少5℃/s的平均降温速率。
C4.根据实施例C1-C2的系统，其中该加热源和该加热层被配置为产生至少10℃/s的平均升温速率和至少5℃/s的平均降温速率。
C5.根据实施例C1-C2中任一项的系统，其中该加热源和该加热层被配置为产生至少10℃/s的平均升温速率以实现PCR过程中的初始化步骤、变性步骤和/或延伸/延长步骤，以及至少5℃/s的平均降温速率以实现PCR过程中的退火步骤和/或最终冷却步骤。
C6.根据实施例C1-C5中任一项的系统，其中该PCR样品包含：模板DNA、引物DNA、阳离子、聚合酶，以及缓冲液。
D1.一种快速改变薄流体样品层的温度的方法，包含：
i.提供第一板和第二板，每个板在其各自的内表面上包含样品接触区域；
ii.提供加热层和加热源，其中加热层位于其中一个板上，并且加热源被配置为辐射被加热层显著吸收的电磁波；
iii.将流体样品沉积到在一个或两个板上；
iv.将板按压成闭合构造，其中：
(a)样品接触区域彼此面对并且显著平行，
(b)接触区域之间的平均间距等于或小于200μm，
(c)两个板将样品的至少一部分限定成厚度非常均匀的层并且相对于板基本停滞，
(d)加热层位于厚度均匀的样品的至少一部分的附近，
(e)样品的至少一部分和加热层的面积基本上大于均匀厚度；以及
v.通过改变来自加热源的电磁波的存在、强度、波长、频率和/或角度来改变和维持样品层的温度。
D2.根据实施例D1的方法，其中将该板按压成闭合构造的步骤包含用非精确压力按压该板。
D3.根据实施例D1或D2的方法，其中将该板按压成闭合构造的步骤包含直接用人手按压该板。
D4.根据实施例D1-D3中任一项的方法，其中厚度非常均匀的层具有小于10％的厚度变化。
D5.根据实施例D1-D4中任一项的方法，其中该加热层包含磁盘耦合点柱天线(D2PA)阵列、硅夹层、石墨烯、超晶格或其他等离子体材料，或它们的组合。
D6.根据实施例D1-D5中任一项的方法，其中该加热层包含碳或黑色纳米结构或其组合。
D7.根据实施例D1-D6中任一项的方法，其中该加热层被配置为吸收来自该加热源的电磁波的辐射能量的至少80％。
D8.根据实施例D1-D7中任一项的方法，其中该加热层被配置为在吸收辐射能量之后以热量的形式辐射能量。
D9.根据实施例D1-D8中任一项的方法，其中该加热层被定位在该样品层下方并且与该样品层直接接触。
D10.根据实施例D1-D9中任一项的方法，其中该加热层被配置为吸收电磁波，该电磁波选自以下组成的组：无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波、X射线、γ射线，以及热辐射。
D11.根据实施例D1-D10中任一项的方法，其中板中的至少一个不阻挡来自该加热源的辐射。
D12.根据实施例D1-D11中任一项的方法，其中一个或两个板具有低热导率。
D13.根据实施例D1-D12中任一项的方法，其中该样品层的均匀厚度由固定于一个或两个板的一个或多个间隔件调节。
D14.根据实施例D1-D13中任一项的方法，其中该样品是预混合聚合酶链式反应(PCR)介质。
D15.根据实施例D14的方法，其中该方法用于促进用于根据预定程序改变样品的温度的PCR测定。
D16.根据实施例D1-D15中任一项的方法，其中该方法用于进行诊断测试、健康监测、环境测试和/或法医测试。
D17.根据实施例D1-D16中任一项的方法，其中该方法用于进行DNA扩增、DNA定量、选择性DNA分离、遗传分析、组织分型、癌基因鉴定、感染性疾病测试、遗传指纹分析，和/或亲子鉴定。
D18.根据实施例D1-D17中任一项的方法，其中将该样品层横向密封以减少样品蒸发。
D19.根据实施例D1-D18中任一项的方法，其中该加热源由控制器控制，该控制器被配置为用于控制电磁波的存在、强度、波长、频率和/或角度。
D20.根据实施例D1-D19中任一项的方法，其中该控制器被配置为接收来自温度计的信号，该温度计被配置为测量在该样品接触区域处或附近的温度并且基于所测量的温度向该控制器发送信号。
D21.根据实施例D20的方法，其中该温度计选自以下组成的组：光纤温度计、红外温度计、液晶温度计、高温计、石英温度计、硅带隙温度传感器、温度条、热敏电阻，以及热电偶。
E1.一种通过快速改变流体PCR样品中的温度来促进聚合酶链式反应(PCR)的方法，包含：
i.提供第一板和第二板，每个板在其各自的内表面上包含样品接触区域；
ii.提供加热层、加热源和控制器，其中加热层位于其中一个板上，并且加热源被配置为辐射被加热层显著吸收的电磁波；
iii.将流体PCR样品沉积在一个或两个板上；
iv.将板按压成闭合构造，其中：
(a)样品接触区域彼此面对并且显著平行，
(b)接触区域之间的平均间距等于或小于200μm，
(c)两个板将PCR样品的至少一部分限定成厚度非常均匀的层并且相对于板基本停滞，
(d)加热层位于厚度均匀的PCR样品的至少一部分的附近，
(e)样品的至少一部分和加热层的面积基本上大于均匀厚度；以及
v.使用控制器控制加热源，通过根据预定程序改变和保持PCR样品层的温度来进行PCR，其中当温度改变时，加热源在PCR期间产生至少为10℃/s的平均升温速率和至少为5℃/s的平均降温速率。
E2.根据实施例E1的方法，其中通过调节来自加热源的电磁波的强度、波长、频率和/或角度实现改变和维持PCR样品层的温度。
E3.根据实施例E1-E2中任一项的系统，其中该加热源和该加热层被配置为产生至少10℃/s的平均升温速率以实现PCR过程中的初始化步骤、变性步骤和/或延伸/延长步骤，以及至少5℃/s的平均降温速率以实现PCR过程中的退火步骤和/或最终冷却步骤。
E4.根据实施例E1-E3中任一项的方法，其中该PCR样品包含：模板DNA、引物DNA、阳离子、聚合酶，以及缓冲液。
NN1.一种用于快速改变薄流体样品层的温度的装置，包含：
第一板和第二板，其中：
i.每个板在其各自的表面上包含用于接触流体样品的样品接触区域；并且
ii.板具有用于快速改变样品的温度的构造，其中：
a.样品接触区域彼此面对并且显著平行，
b.接触区域之间的平均间距等于或小于200微米，
c.两个板将样品的至少一部分调节(或限定)成厚度非常均匀的层并且相对于板基本停滞，
d.加热层位于厚度均匀的样品的至少一部分的附近，
e.样品的至少一部分和加热层的面积基本上大于均匀厚度。
其他示例性实施例
1.用于快速改变样品温度的装置
AA1.一种用于快速改变流体样品温度的装置，包含：
第一板、第二板以及加热层，其中：
iv.板可相对于彼此移动成不同的构造；
v.每个板在其各自的内表面上具有用于接触流体样品的样品接触区域；并且
vi.该加热层被配置为加热该流体样品；
其中该加热层(a)在一个板上(内表面或外表面)或在一个板内，以及(b)能够被加热源加热，其中该加热源通过光、电、射频(RF)辐射或其组合将热能传递至加热层；
其中加热层的加热区域的至少一部分与样品区域重叠，
其中的一个构造是开放构造，其中：这两个板是部分或完全分开的并且这些板之间的平均间距是至少300μm；并且
其中另一个构造是闭合构造，该闭合构造是在该开放构造中流体样品被沉积在一个或两个样品接触区域上之后被配置的；并且在闭合构造中：样品的至少一部分被两个板挤压成层，其中平均样品厚度为200μm或更小。
AA2.1.一种用于快速改变流体样品温度的装置，包含：
样品保持器和加热层，其中：
iv.样品保持器包含第一板和第二板，其中每个板在其各自的表面上包含用于接触流体样品的样品接触区域；
v.该第一板和该第二板被配置为将该流体样品限定在0.1-200μm的厚度非常均匀的层中并且相对于这些板基本上是停滞的；以及
vi.加热层：(1)具有小于1mm的厚度，(2)具有基本上小于该第一板或该第二板的面积的面积，并且(3)被配置为将来自电磁波的能量转换成热量以升高该厚度均匀的层中的流体样品的至少一部分的温度。
AA2.2.一种用于快速改变流体样品温度的装置，包含：
样品保持器和加热层，其中：
i.样品保持器包含第一板和第二板，其中每个板在其各自的表面上包含用于接触流体样品的样品接触区域；
ii.该第一板和该第二板被配置为将该样品的至少一部分限定在0.1-200μm的厚度非常均匀的层中并且相对于这些板基本上是停滞的，
iii.第一板具有500μm或更小的厚度，并且第二板具有5mm或更小的厚度；并且
iv.加热层具有小于1mm的厚度和小于100mm2的面积，并且被配置为将来自电磁波的能量转换为热量以升高厚度均匀的层中的流体样品的至少一部分的温度。
AA2.3.一种用于快速改变流体样品温度的装置，包含：
样品保持器和加热层，其中：
i.样品保持器包含第一板和第二板，其中每个板在其各自的表面上包含用于接触流体样品的样品接触区域；
ii.该第一板和该第二板被配置为将该样品的至少一部分限定在0.1-200μm的厚度非常均匀的层中并且相对于这些板基本上是停滞的，
iii.第一板具有500μm或更小的厚度，第二板具有5mm或更小的厚度；并且
iv.加热层：(1)具有小于1mm的厚度，(2)具有小于100mm2的面积，该面积基本上小于第一板或第二板的面积，并且(3)被配置为将来自电磁波的能量转换成热量以升高厚度均匀的层中的流体样品的至少一部分的温度。
AA3.一种用于快速改变流体样品温度的装置，包含：
样品保持器和加热层，其中：
i.样品保持器包含第一板和第二板，其中每个板在其各自的表面上包含用于接触流体样品的样品接触区域；
ii.该第一板和该第二板被配置为将该样品的至少一部分限定在500μm或更小的厚度非常均匀的层中并且相对于这些板基本上是停滞的，
iii.第一板与加热层接触且厚度为1μm或更小，第二板不与加热层接触且厚度为5mm或更小；并且
iv.加热层被配置为将来自电磁波的能量转换成热量以升高厚度均匀的层中的至少部分流体样品的温度，具有50％或更高的吸收系数，并且具有小于3mm的厚度。
AA4.一种用于快速改变流体样品温度的装置，包含：
样品保持器和加热层，其中：
i.样品保持器包含第一板和第二板，其中每个板在其各自的表面上包含用于接触流体样品的样品接触区域；
ii.该第一板和该第二板被配置为将该样品的至少一部分限定在500μm或更小的厚度非常均匀的层中并且相对于这些板基本上是停滞的，
iii.第一板与加热层接触且厚度为1μm或更小，而第二板不与加热层接触且厚度为0.1-2mm；并且
iv.该加热层被配置为将来自电磁波的能量转换成热量以升高厚度均匀的层中的至少部分流体样品的温度，具有60％或更高的吸收系数，并且具有小于2mm的厚度。
AA5.一种用于快速改变流体样品温度的装置，包含：
样品保持器和加热层，其中：
i.样品保持器包含第一板和第二板，其中每个板在其各自的表面上包含用于接触流体样品的样品接触区域；
ii.该第一板和该第二板被配置为将该样品的至少一部分限定在500μm或更小的厚度非常均匀的层中并且相对于这些板基本上是停滞的，
iii.第一板与加热层接触，厚度为100μm或更小，第二板不与加热层接触，并且厚度为0.1-2mm；并且
iv.该加热层被配置为将来自电磁波的能量转换成热量以升高厚度均匀的层中的至少部分流体样品的温度，具有70％或更高的吸收系数，并且具有小于2mm的厚度。
AA6.1根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层在一个板的内表面上。
AA6.2根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层在一个板的外表面上。
AA6.3根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层在一个板内。
AA6.4根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层与至少一个板接触。
AA6.5根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层不与任何板接触。
AA6.6根据前述AA实施例中任一项的装置，其中当该板处于该闭合构造时，该加热层与该样品接触。
AA7.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层由单一材料或复合材料制成。
AA7.1根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层包含具有高吸收表面的半导体或金属材料。
AA7.2根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层包含硅、锗、磷化铟、砷化镓、碲化镉、硫化镉、非晶硅、包括金、铝、银、钛的金属、碳涂层铝、涂黑铝(black paintedAl)、碳(石墨烯、纳米管、纳米线)或其组合。
AA7.3根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层充当快速加热导电层包含硅、锗、磷化铟、砷化镓、碲化镉、硫化镉、非晶硅、包括金、铝、银、钛的金属、碳涂层铝、涂黑铝(black painted Al)、碳(石墨烯、纳米管、纳米线)或其组合。
AA8.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热区域与该样品区域重叠的部分小于该样品区域的1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％，或者在任何两个值之间的范围内。
AA8.1根据前述AA实施例中任一项的装置，其中与样品区域重叠的加热区域部分小于0.1mm2、0.5mm2、1mm2、5mm2、10mm2、25mm2、50mm2、75mm2、1cm2(平方厘米)、2cm2、3cm2、4cm2、5cm2、10cm2，或者在任何两个值之间的范围内。
AA9.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层的吸收系数大于30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或者在任何两个值之间的范围内。
AA9.1.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层的吸收系数大于60％、70％、80％、90％或者在任何两个值之间的范围内。
AA9.2.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层的吸收系数大于60％。
AA10.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层的吸收波长范围是指100nm到300nm、400nm到700nm(可见范围)、700nm到1000nm(IR范围)、1μm到10μm、10μm到100μm，或者在任何两个值之间的范围内。
AA11.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层的厚度等于或小于3mm、2mm、1mm、750μm、500μm、250μm、100μm、50μm、25μm、10μm、500nm、200nm、100nm或50nm或者在任何两个值之间的范围内。
AA12.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层的面积是0.1mm2或更小、1mm2或更小、10mm2或更小、25mm2或更小、50mm2或更小、75mm2或更小、1cm2(平方厘米)或更小、2cm2或更小、3cm2或更小、4cm2或更小、5cm2或更小、10cm2或更小，或者在任何两个值之间的范围内。
AA13.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该第一板的厚度等于或小于500μm、200μm、100μm、50μm、25μm、10μm、5μm、2.5μm、1μm、500nm、400nm、300nm、200nm或100nm，或者在任何两个值之间的范围内。
AA13.1.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中第一板具有等于10至200μm的厚度。
AA14.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该第二板的厚度等于或小于5mm、4mm、3mm、2mm、1mm、750μm、500μm、250μm、100μm、75μm、50μm或25μm，或者在任何两个值之间的范围内。
AA14.1.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该第二板的厚度等于10至1000μm。
AA15.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该样品层具有非常均匀的厚度。
AA15.1根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该样品层的厚度等于或小于100μm、50μm、20μm、10μm、5μm、1μm、500nm、400nm、300nm、200nm或100nm或者在任何两个值之间的范围内。
AA15.2.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该样品层具有1-100μm的厚度。
AA16.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中至少一个板的面积为1mm2或更小、10mm2或更小、25mm2或更小、50mm2或更小、75mm2或更小、1cm2(平方厘米)或更小、2cm2或更小、3cm2或更小、4cm2或更小、5cm2或更小、10cm2或更小、100cm2或更小、500cm2或更小、1000cm2或更小、5000cm2或更小、10,000cm2或更小、10,000cm2或更小，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
AA17.1根据前述AA实施例中任一项的装置，其中至少一个板的面积在500至1000mm2的范围内；或约750mm2。
AA18.根据前述AA实施例中任一项的装置，还包含被配置为调节该样品层的厚度的间隔件。
AA18.1.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该间隔件固定在一个或两个板上。
AA18.2根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该间隔件固定在一个或两个板的内表面上。
AA18.3根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该间隔件具有均匀高度。
AA18.4根据前述AA实施例中任一项的装置，其中至少一个间隔件位于样品接触区域内。
AA18.5根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该样品层的厚度与该间隔件的高度相同。
AA19.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中一个或两个板是柔性的。
AA20.根据前述AA实施例中任一项的装置，还包含附接至该接触板和第二板中的一者或两者的密封结构，其中该密封结构被配置为限制该装置内液体的蒸发。
AA21.根据前述AA实施例中任一项的装置，还包含附接到该第一板和该第二板中的任一者或两者的夹持结构，其中该夹持结构被配置为在加热该装置期间保持该装置并调节该样品层的厚度。
AA22.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该第二板对于来自该样品的电磁波是透明的。
AA23.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该样品保持器和该加热层通过热耦合器连接。
AA24.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该样品的至少一部分和该加热层的面积基本上大于均匀厚度。
AA25.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该加热层被配置为吸收电磁波，该电磁波选自以下组成的组：无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波、X射线、γ射线，以及热辐射。
AA26.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该样品是预混合聚合酶链式反应(PCR)介质。
AA27.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该样品层被横向密封以减少样品蒸发。
AA28.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该辐射的面积小于辐射吸收垫的面积；辐射吸收垫的面积小于样品液体区域的面积；样品液体区域的面积小于第一板尺寸和第二板尺寸。
AA29.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该流体样品包含处理或未处理的体液。
AA30.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该流体样品包含羊水、房水、玻璃体液、血液(例如全血、分级分离的血液、血浆、血清等)、母乳、脑脊髓液(CSF)、耳垢(耳屎)、乳糜、食糜、内淋巴、外淋巴、粪便、胃酸、胃液、淋巴液、粘液(包括鼻引流液和痰液)、心包液、腹膜液、胸膜液、脓液、黏膜分泌物、唾液、皮脂(皮肤油)、精液、痰液、汗液、滑液、泪液、呕吐物、尿液和呼出的冷凝物。在一些实施例中，样品包含人体液。在一些实施例中，样品包含细胞、组织、体液、粪便、羊水、房水、玻璃体液、血液、全血、分级分离的血液、血浆、血清、母乳、脑脊髓液、耳垢、乳糜、脊椎液、内淋巴、外淋巴、粪便、胃酸、胃液、淋巴、粘液、鼻引流液、痰、心包液、腹膜液、胸膜液、脓液、风湿、唾液、皮脂、精液、痰、汗液、滑液、泪液、呕吐物、尿液或呼出的冷凝物，或其混合物的至少一种。
AA31.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该流体样品包含核酸或蛋白质或其混合物。
AA32.根据前述AA实施例中任一项的装置，其中该流体样品包含DNA或RNA或其混合物。
2.具有加热源的设备
BB1.一种用于快速改变流体样品的温度的设备，包含：
i.保持器，其能够保持任何AA实施例中的装置；以及
ii.加热源，其被配置为向该加热层供应能量；以及
iii.控制器，其被配置为控制该加热源。
BB1.1.根据前述BB实施例中任一项的设备，其中该热源被配置为辐射波长范围内的电磁波，该加热层具有50％或更高的吸收系数。
BB2.根据前述BB实施例中任一项的设备，其中该加热源包含一个发光二极管(LED)或发光二极管(LED)阵列、一个激光器或激光器阵列、一个灯或灯阵列，或其组合。
BB2.1.根据前述BB实施例中任一项的设备，其中该加热源包含卤素灯、具有反射器的卤素灯、具有聚焦透镜的LED、具有聚焦透镜的激光器、具有耦合光纤的卤素灯、具有耦合光纤的LED、具有耦合光纤的激光器。
BB3.根据前述BB实施例中任一项的设备，其中该波长为50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800nm、850nm、900nm、950nm、1μm、10μm、25μm、50μm、75μm或100μm，或者在任何两个值之间的范围内。
BB3.1根据前述BB实施例中任一项的设备，其中电磁波的波长是100nm-300nm、400nm至700nm(可见范围)、700nm至1000nm(IR范围)、1μm至10μm、10μm至100μm，或者在任何两个值之间的范围内。
BB4.根据前述BB实施例中任一项的设备，其还包含散热器，该散热器被配置为吸收从该样品保持器和/或该热源辐射的热量的至少一部分。
BB4.1.根据前述BB实施例中任一项的设备，其中该散热器是至少部分地包围该装置的腔室。
BB4.2.根据前述BB实施例中任一项的设备，其中该腔室包含被配置为允许电磁波通过其从该加热源到达该加热层的下孔口和被配置为允许该样品成像的上孔口。
BB5.根据前述BB实施例中任一项的设备，其中通过光、电、RF或其组合加热该样品保持器。
BB6.一种用于快速改变流体样品的温度的设备，包含：
i.AA实施例中任一项中的装置；以及
ii.散热器，该散热器被配置为吸收从该样品保持器和/或该加热源辐射的热量的至少一部分。
BB7.根据前述BB实施例中任一项的设备，其中该散热器是至少部分地封闭该装置的腔室，其中该腔室包含被配置为允许电磁波通过其从加热源到达该加热层的辐射孔口，和被配置为允许该样品成像的光学孔口。
BB8.根据前述BB实施例中任一项的设备，其还包含附接到该腔室的冷却部件，其中该冷却部件被配置为降低该腔室中的温度。
BB9.根据BB7实施例的设备，其中该冷却构件是风扇。
BB10.根据BB7实施例的设备，其中该冷却构件是珀尔帖冷却器。
BB11.根据BB实施例中任一项的设备，其中该腔室具有非反射性内表面。
BB11.1.根据BB实施例中任一项的设备，其中该腔室具有由黑色金属制成的内表面。
BB12.根据BB实施方案中任一项的设备，其中该装置与该腔室壁悬置(即，具有最小)热传导接触。
3.用于观察来自样品的光信号并快速改变样品温度的系统
CC1.一种用于快速改变流体样品的温度的系统，包含：
i.AA实施例中任一项中的装置或BB实施例中任一项中的设备；以及
ii.信号传感器，该信号传感器被配置为感测来自该装置上的样品的信号。
CC2.根据前述CC实施例中任一项的系统，其中该信号传感器是被配置为对该流体样品进行成像的光学传感器。
CC2.1根据前述CC实施例中任一项的系统，其中光学传感器是光电检测器、相机或能够捕获流体样品的图像的装置。
CC3.根据前述CC实施例中任一项的系统，其中该信号传感器是被配置为检测来自该装置的电信号的电传感器。
CC4.根据前述CC实施例中任一项的系统，其中该信号传感器是被配置为检测来自该装置的机械信号的机械传感器。
CC5.根据前述CC实施例中任一项的系统，其中该信号传感器被配置为监测该样品中的分析物的量。
CC6.根据前述CC实施例中任一项的系统，其中信号传感器在该腔室外部且通过该腔室上的光学孔口接收来自该样品的光学信号。
CC7.根据CC实施例中任一项的系统，还包含结合到加热层的热耦合器。
CC8.根据前述CC实施例中任一项的系统，还包含监测加热层温度的恒温器。
CC9.根据前述CC实施例中任一项的系统，还包含温度监测染料，该温度监测染料被配置为便于监测装置中的样品的温度。
CC9.1.根据前述CC实施例中任一项的系统，其中该温度监测染料为液体形式。
CC9.2根据前述CC实施例中任一项的系统，其中温度监测染料包含LDS 688、LDS698、LDS 950、LD 390、LD 423、LD 425或IR 144，或其组合。
4.各种实施例
DD1.根据前述实施例中任一项的装置、设备或系统，其中：
i.在一个或两个板上固定有间隔件，其中至少一个间隔件在样品接触区域中；
ii.样品层厚度为0.1至200μm；
iii.第一板与加热层接触且厚度为500μm或更小，且第二板不与加热层接触且厚度为5mm或更小；并且
iv.加热层：(1)具有小于1mm的厚度，(2)具有小于100mm2的面积，该面积基本上小于第一板或第二板的面积，并且(3)被配置为将来自电磁波的能量转换成热量以升高厚度均匀的层中的流体样品的至少一部分的温度。
DD2.根据前述实施例中任一项的装置、设备或系统，其中：
i.该加热层在第一板的内表面上，并在这些板处于闭合构造时与该样品接触；
ii.加热层由硅制成；并且
iii.存在封闭样品保持器的腔室，并且该腔室具有非反射内表面。
DD3.根据前述实施例中任一项的装置、设备或系统，其中：
i.存在加热源，该加热源被配置为辐射波长范围内的电磁波，该加热层具有50％或更高的吸收系数；
ii.存在腔室，该腔室包含被配置为允许电磁波通过其从该加热源到达该加热层的下孔口和被配置为允许该样品成像的上孔口；并且
iii.存在光学传感器，该光学传感器被配置为捕获样品保持器中的流体样品的图像。
5.方法
EE1.一种快速改变流体样品的温度的方法，包含：
i.获取CC实施例中的系统；
ii.将流体样品沉积在样品保持器中；
iii.按压第一板和第二板以将该样品的至少一部分挤压成厚度均匀的层；以及
iv.通过改变来自加热源的电磁波的有无、强度、波长、频率和/或角度来改变和维持样品层的温度。
EE2.根据前述EE实施例中任一项的方法，其中改变样品层的温度包含升高温度或降低温度。
EE3.根据前述EE实施例中任一项的方法，还包含用该光学传感器对该样品层成像。
EE4.根据前述EE实施例中任一项的方法，还包含监测该样品层的温度并调整改变和维持该样品层的温度的步骤。
EE5.根据前述EE实施例中任一项的方法，其中改变和维持样品层的温度的步骤是根据预定程序进行的。
EE6.根据前述EE实施例中任一项的方法，其中定制该方法以促进用于根据预定程序改变样品温度的聚合酶链式反应(PCR)测定。
EE7.根据前述EE实施例中任一项的方法，还包含实时监测该样品中分析物的量。
6.样品：
FF1.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含核酸。
FF1.1.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含DNA。
FF1.2根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含RNA。
FF1.3根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含DNA或RNA分子，或DNA/RNA杂合体，或DNA和/或RNA的混合物。
FF1.4根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含基因组或染色体DNA、质粒DNA、扩增的DNA、cDNA、总RNA、mRNA和小RNA。
FF1.5根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含天然DNA和/或RNA分子，或合成的DNA和/或RNA分子。
FF1.6根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含无细胞核酸，其中″无细胞″指核酸不包含在任何细胞结构中。
FF1.7根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含在细胞结构内含有的核酸，该细胞结构包括但不限于人源细胞、动物细胞、植物细胞、细菌细胞、真菌细胞和/或病毒颗粒。
FF1.8根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含纯化的核酸。
FF2根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含蛋白质和/或脂质。
FF3.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含被配置为核酸扩增的试剂。
FF3.1.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含预混合聚合酶链式反应(PCR)介质。
FF3.2.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含被配置为通过扩增(产生大量拷贝)样品中的目标分子来检测核酸的试剂，其中目标分子是指相关核酸的序列或部分序列。
FF3.3.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该核酸扩增是指核酸扩增技术，包括但不限于不同的聚合酶链式反应(PCR)方法，比如热启动PCR、嵌套PCR、降落PCR、逆转录PCR、RACE PCR、数字PCR等，以及等温扩增方法，比如环介导等温扩增(LAMP)、链置换扩增、解旋酶依赖性扩增、切刻酶扩增、滚环扩增、重组酶聚合酶扩增等。
FF3.4.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该试剂包含引物、脱氧核苷酸(dNTPs)、二价阳离子(例如Mg2+)、单价阳离子(例如K+)、缓冲溶液、酶或报告分子，或其任何组合或混合物。
FF3.5.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中试剂是第一板或第二板或两者的内表面上的干燥形式，或者是被包封、包埋或包围在随着温度升高而熔化的材料中的液体形式，比如石蜡。
FF3.6.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中引物包含一对或多对正向和反向引物。
FF3.7.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该试剂包含DNA依赖性聚合酶，或RNA依赖性DNA聚合酶，或DNA依赖性RNA聚合酶。
FF3.8.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该试剂包含″报告分子″，该″报告分子″是指可结合到该核酸分子或嵌入该核酸分子内或由该扩增过程的副产物激活以能够使该核酸分子或该扩增过程可视化的任何标签、标记或染料。
FF3.8.1根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该报告包括但不限于荧光标记或标签或染料、嵌入剂、分子信标标记或生物发光分子或其组合。
FF3.9.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该试剂包含细胞裂解试剂，其被配置为促进分解细胞结构。
FF3.9.1.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该细胞裂解试剂包括但不限于盐、去污剂、酶和其他添加剂。
FF3.9.2.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该盐包括但不限于锂盐(例如氯化锂)、钠盐(例如氯化钠)、钾(例如氯化钾)。
FF3.9.2.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该清洁剂是离子型的(包括阴离子型和阳离子型、非离子型或两性离子型)。
FF3.9.3.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该离子去污剂包括当溶解于水中时部分或全部呈离子形式的任何去污剂。
FF3.9.4.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中阴离子去污剂包括但不限于十二烷基硫酸钠(SDS)或其他碱金属烷基硫酸盐或类似去污剂、十二烷基肌氨酸钠或其组合。
FF3.10.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中酶包括但不限于溶菌酶、纤维素和蛋白酶。
FF3.11.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中螯合剂包括但不限于EDTA、EGTA和其他聚氨基羧酸，以及一些还原剂，比如二硫苏糖醇(dTT)。
FF4.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含分析物，该分析物的量随着温度改变而改变。
FF5.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含人体液，比如但不限于全血、血浆、血清、尿液、唾液和汗液，以及细胞培养物(哺乳动物、植物、细菌、真菌)及其组合或混合物。
FF6.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品是以任何所需或方便的方式(例如通过稀释或添加缓冲液或其他溶液或溶剂)新鲜获得、储存或处理的。
FF7.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含细胞结构，比如但不限于人源细胞、动物细胞、植物细胞、细菌细胞、真菌细胞和病毒颗粒，及其组合或混合物。
7.测量方法
GG1.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中对该样品中的分析物进行染色。
GG2.根据前述GG实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中通过荧光强度测量该分析物的量。
GG3.根据前述GG实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该分析物的量通过比色强度测量。
GG4.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该分析物是核酸，其用溴化乙锭(EB)、亚甲蓝、SYBR绿I、SYBR绿II、派洛宁Y、DAPI、吖啶橙或Nancy-520或其组合染色。
GG5.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该分析物是DNA，其用溴化乙锭(EB)、亚甲蓝、派洛宁Y、DAPI、吖啶橙或Nancy-520或其组合染色，并用荧光强度测量。
GG6.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该分析物是DNA，其用溴化乙锭(EB)、亚甲蓝、派洛宁Y、DAPI、吖啶橙或Nancy-520或其组合染色，并用比色强度测量。
GG7.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该分析物是RNA，其用溴化乙锭(EB)、亚甲蓝、SYBR绿II、派洛宁Y或吖啶橙或其组合染色，并用荧光强度测量。
GG8.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该分析物是RNA，其用溴化乙锭(EB)、亚甲蓝、SYBR绿II、派洛宁Y或吖啶橙或其组合染色，且用比色强度测量。
GG9.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该分析物是待由报告分子检测的核酸。
GG9.1.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该报告分子包括但不限于标签、标记或染料，该标签、标记或染料可结合到该核酸分子或嵌入该核酸分子内，或可由该扩增过程的副产物活化以能够使该核酸分子或该扩增过程可视化。
GG9.2.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该报告分子包括但不限于荧光标记或标签或染料、嵌入剂、分子信标标记或生物发光分子或其组合。
GG9.3.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中通过比色强度和/或通过荧光强度测量报告分子的量。
8.应用
HH1.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该装置被配置为促进用于根据预定程序改变样品的温度的PCR测定。
HH2.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该装置被配置为进行诊断测试、健康监测、环境测试，和/或法医鉴定。
HH3.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该装置、设备、系统或方法被配置为进行DNA扩增、DNA定量、选择性DNA分离、遗传分析、组织分型、癌基因鉴定、传染病测试、遗传指纹分析，和/或亲子鉴定。
HH4.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该装置、设备、系统或方法被配置为进行实时PCR。
HH5.根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该装置、设备、系统或方法被配置为进行核酸扩增。
HH5.1根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中核酸扩增包括用于通过扩增样品中的目标分子(产生大量拷贝)来检测核酸的任何技术，其中目标分子是指相关核酸的序列或部分序列。
HH6根据前述实施例中任一项的装置、设备、系统或方法，其中该装置、设备、系统或方法被配置为实施核酸扩增技术，该核酸扩增技术包括但不限于不同的聚合酶链式反应(PCR)方法，比如热启动PCR、嵌套PCR、降落PCR、逆转录PCR、RACE PCR、数字PCR等，以及等温扩增方法，比如环介导等温扩增(LAMP)、链置换扩增、解旋酶依赖性扩增、切刻酶扩增、滚环扩增、重组酶聚合酶扩增等。
9.各种实施例
JJ1.一种用于测定薄流体样品层的装置，包含：
第一板、第二板、间隔件和夹具，其中：
i.第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造，包括开放构造和闭合构造；
ii.每个板在其各自的表面上包含用于接触流体样品的样品接触区域；
iii.一个或两个板包含固定于相应板的间隔件；
iv.间隔件具有等于或小于200微米的预定的基本上均匀的高度，其中至少一个间隔件在样品接触区域内；并且
v.加热层被配置为加热流体样品；
其中加热层是(a)在一个板上(在内表面或外表面上或附近)或在一个板内，并且(b)能够被加热源加热，其中加热源通过光、电、射频(RF)辐射或其组合将热能传递至加热层；
其中在开放构造中，两个板是部分或完全分开的，板之间的间距不由间隔件调节，并且样品沉积在一个或两个板上；
其中在样品在开放构造中沉积之后配置的闭合构造中，样品的至少一部分被两个板挤压成厚度基本上均匀的层并且相对于板基本上停滞，其中层的均匀厚度由两个板的样品接触区域限定，并由板和间隔件调节；
其中第一板和第二板被配置为将样品的至少一部分限定在厚度为0.1-200μm并且相对于板基本上停滞的非常均匀的层中；
其中第一板具有500μm或更小的厚度，并且第二板具有5mm或更小的厚度。
JJ2.根据前述任一实施例的装置，其中板和样品厚度被配置为允许样品的温度以10℃/s或更高的速率改变。
JJ3.根据前述任一实施例的装置，还包含夹具，夹具挤压第一板和第二板以将这两个板在闭合构造中固定在一起，其中插在板上的夹具的压强是0.01kg/cm^2或更高，
JJ4.根据前述任一实施例的装置，其中加热层在一个板上或附近，具有60％或更高的吸收系数，且具有小于2mm的厚度。
JJ5.根据前述任一实施例的装置，还包含辐射吸收层，辐射吸收层位于厚度均匀的样品的至少一部分附近，而样品的至少一部分和辐射吸收层的面积基本上大于均匀厚度。
JJ6.根据前述任一实施例的装置，其中样品的至少一部分和辐射吸收层的面积基本上大于样品的均匀厚度。
JJ7.根据前述任一实施例的装置，其中装置具有一个厚度为100μm或更小的板。
JJ8.根据前述任一实施例的装置，还包含在厚度均匀的样品的至少一部分附近的辐射吸收层，其中装置具有厚度为100μm或更小的一个板。
JJ9.根据前述任一实施例的装置，还包含在闭合构造中将第一板和第二板挤压在一起的夹具，其中插在板上的夹具的压强是0.01kg/cm^2或更高。
JJ10.根据前述任一实施例的装置，还包含在闭合构造中将第一板和第二板挤压在一起的夹具，并且还包含在厚度均匀的样品的至少一部分附近的辐射吸收层，其中插在板上的夹具的压强是0.01kg/cm^2或更高。
JJ11.一种用于快速改变薄流体样品层的温度的系统，包含：
v.根据前述任一权利要求的装置，
vi.辐射源，其中辐射源被配置为辐射由辐射吸收层显著吸收的电磁波；以及
vii.控制器被配置为控制辐射源并且改变样品的温度。
JJ12.一种快速改变薄流体样品层的温度的方法，包含：
vi.提供前述任一权利要求的装置或系统；
vii.将流体样品沉积在装置中的一个或两个板上；
viii.在ii之后，将板按压成闭合构造，其中板将样品的至少一部分压成厚度小于200μm的薄层；以及
ix.通过改变来自辐射源的电磁波的有无、强度、波长、频率和/或角度来改变和维持样品层的温度。
JJ13.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中夹具被配置为包含热绝缘体层以减小夹具与板之间的热传导，其中热绝缘体层包含热导率为2W/mK的材料。
JJ14.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中夹具被配置为包含热绝缘体层以减少加热或冷却样品所需的热质量，其中热绝缘体层包含热导率为2W/mK的材料。
JJ15.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中在闭合构造中，夹具被配置为密封所有QMAX卡。
JJ16.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中在闭合构造中，夹具被配置为与板的表面的一部分具有热传导接触。
JJ17.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中在闭合构造中，夹具仅与板的外围表面区域具有热传导接触。
JJ18.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中在闭合构造中，夹具仅与板的表面区域具有热传导接触，其中表面区域在样品的待扩增核酸的部分之外。
JJ19.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中夹具包含透明的窗口，窗口允许外部的光照到板或允许板内部的光透出来。
JJ20.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中夹具包含透明的窗口，窗口允许外部的光照到板或允许板内部的透出来，其中透明度指高于30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
JJ21.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中夹具施加压力以挤压第一板和第二板，其中压强为0.01kg/cm2、0.1kg/cm2、0.5kg/cm2、1kg/cm2、2kg/cm2、kg/cm2、5kg/cm2、10kg/cm2、20kg/cm2、30kg/cm2、40kg/cm2、50kg/cm2、60kg/cm2、100kg/cm2、150kg/cm2、200kg/cm2、400kg/cm2，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
JJ22.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中夹具施加压力以挤压第一板和第二板，其中压强为0.1kg/cm2到20kg/cm2。
JJ23.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中夹具施加压力以挤压第一板和第二板，其中压强为0.1kg/cm2到20kg/cm2。
JJ24.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中夹具施加压力以挤压第一板和第二板，其中压强为0.5kg/cm2到40kg/cm2。
JJ25.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，还包含夹具，夹具在闭合构造中将第一板和第二板挤压在一起，且还包含密封材料，密封材料位于第一板与第二板的至少一部分之间，其中插在板上的夹具的压强为0.01kg/cm^2或更高。
JJ26.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中样品的温度改变是以循环方式上下改变温度的热循环。
JJ27.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中样品的温度改变是热循环，其中热循环是用于使用聚合酶链式反应(PCR)的核酸扩增。
JJ28.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中样品的温度改变用于核酸等温扩增。
JJ29.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，样品的至少一部分和辐射吸收层的面积基本上大于均匀厚度。
JJ30.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中辐射吸收层包含磁盘耦合点柱天线(D2PA)阵列、硅夹层、石墨烯、超晶格或其他等离子体材料，或它们的其他组合。
JJ31.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中辐射吸收层包含碳纳米结构或黑色纳米结构或它们的组合。
JJ32.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中辐射吸收层被配置为吸收辐射能量。
JJ33.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中辐射吸收层被配置为在吸收辐射能量之后以热量的形式辐射能量。
JJ34.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中辐射吸收层位于样品层下方并且与样品层直接接触。
JJ35.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中辐射吸收层被配置为吸收电磁波，电磁波选自以下组成的组：无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波、X射线、γ射线，以及热辐射。
JJ36.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中板中的至少一个不阻挡辐射吸收层吸收的辐射。
JJ37.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中一个或两个板热导率低。
JJ38.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中样品层的均匀厚度由固定于一个或两个板中的一个或多个间隔件调节。
JJ39.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中样品是预混合聚合酶链式反应(PCR)介质。
JJ40.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，1，其中装置被配置为通过根据预定程序改变样品的温度来促进PCR测定。
JJ41.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中装置被配置为进行诊断测试、健康监测、环境测试，和/或法医鉴定。
JJ42.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中装置被配置为进行DNA扩增、DNA定量、选择性DNA分离、遗传分析、组织分型、癌基因鉴定、传染病测试、遗传指纹分析，和/或亲子鉴定。
JJ43.根据前述任一实施例的装置，其中样品层被横向密封以减少样品蒸发。
JJ44.根据前述任一实施例的系统，还包含：控制器，控制器被配置为控制电磁波的有无、强度、波长、频率，和/或角度。
JJ45.根据前述任一实施例的系统，还包含：温度计，温度计被配置为测量样品接触区域处或附近的温度并且基于所测量的温度向控制器发送信号。
JJ46.根据前述任一实施例的系统或方法，其中温度计选自以下组成的组：光纤温度计、红外温度计、液晶温度计、高温计、石英温度计、硅带隙温度传感器、温度条、热敏电阻，以及热电偶。
JJ47.根据前述任一实施例的系统或方法，其中控制器被配置为控制来自辐射源的电磁波的有无、强度、波长、频率，和/或角度。
JJ48.根据前述任一实施例的系统或方法，其中辐射源和辐射吸收层被配置为使得电磁波引起至少10℃/s的平均升温速率；并且去除电磁波引起至少5℃/s的平均降温速率。
JJ49.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中辐射源和辐射吸收层被配置为产生至少10℃/s的平均升温速率和至少5℃/s的平均降温速率。
JJ50.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中辐射源和辐射吸收层被配置为产生至少10℃/s的平均升温速率以实现PCR过程中的初始化步骤、变性步骤和/或延伸/延长步骤，以及至少5℃/s的平均降温速率以实现PCR过程中的退火步骤和/或最终冷却步骤。
JJ51.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中PCR样品包含：模板DNA、引物DNA、阳离子、聚合酶，以及缓冲液。
JJ52.根据前述任一实施例的方法，其中将板按压成闭合构造的步骤包含用非精确压力按压板。
JJ53.根据前述任一实施例的方法，其中将板按压成闭合构造的步骤包含直接用人手按压板。
JJ54.根据前述任一实施例的方法，其中厚度非常均匀的层的厚度变化小于10％。
JJ55.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中样品的温度改变是热循环，其中热循环用于使用聚合酶链式反应(PCR)的核酸扩增，聚合酶链式反应(PCR)选自以下组成的组：热启动PCR、嵌套PCR、降落PCR、逆转录PCR、RACE PCR，以及数字PCR。
JJ56.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中样品的温度改变用于核酸等温扩增，核酸等温扩增选自以下组成的组：环介导等温扩增、链置换扩增、解旋酶依赖性扩增、切口酶扩增、滚环扩增，以及重组酶聚合酶扩增。
JJ57.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，还包含：选自以下的试剂：DNA模板、引物、DNA聚合酶、脱氧核糖核苷三磷酸(dNTPs)、二价阳离子(例如Mg2+)、单价阳离子(例如K+)，以及缓冲溶液。
JJ58.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中间隔件具有基本上平坦的顶部。
JJ59.根据前述任一实施例的装置、系统或方法，其中一个板为50μm或更小。
相关文件
本发明包括只要各种组分彼此不矛盾就可以以多种方式组合的各种实施例。实施例应当被认为是单个发明文件：每个申请将其他申请作为参考，并且也出于所有目的而整体地而不是作为离散的独立文件被引用。这些实施例不仅包括当前文件中的公开内容，而且还包括在此引用、并入或被要求优先权的文件。
(1)定义
在本申请中或在分别于2016年8月10日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中定义了用于描述本文公开的装置、系统和方法的术语，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
术语″CROF卡(或卡)″、″COF卡″、″QMAX卡″、″Q卡″、″CROF装置″、″COF装置″、″QMAX装置″、″CROF板″、″COF板″以及″QMAX板″是可互换的，除了在一些实施例中，COF卡不包含间隔件；并且这些术语是指一种装置，该装置包含第一板和第二板，该第一板和第二板可相对于彼此移动成不同构造(包括开放构造和闭合构造)，并且该装置包含调节板之间的间距的间隔件(COF的一些实施例除外)。术语″X板″是指CROF卡中的两个板中的其中一个，其中间隔件固定到该板。更多地在2017年2月7日提交的临时申请序列号62/456065中描述了COF卡、CROF卡和X板，出于所有目的将其全部内容并入本文。
(2)Q卡、间隔件与均匀样品厚度
本文公开的装置、系统和方法可以包括或使用用于样品检测、分析和定量的Q卡、间隔件和均匀样品厚度实施例。在一些实施例中，Q卡包含间隔件，其有助于使样品的至少一部分成为非常均匀的层。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了间隔件的结构、材料、功能、变化和尺寸以及间隔件和样品层的均匀性，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(3)铰链、开放凹口、凹槽边缘和滑块
本文公开的装置、系统和方法可以包括或使用用于样品检测、分析和定量的Q卡。在一些实施例中，Q卡包含铰链、凹口、凹槽和滑动件，其有助于促进Q卡的操作和样品的测量。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了铰链、凹口、凹槽和滑动件的结构、材料、功能、变化和尺寸，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(4)Q卡、滑块和智能电话检测系统
本文公开的装置、系统和方法可以包括或使用用于样品检测、分析和定量的Q卡。在一些实施例中，Q卡与使卡能够被手机检测系统读取的滑动件一起使用。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了Q卡、滑动件和手机检测系统的结构、材料、功能、变化、尺寸和连接，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(5)检测方法
本文公开的装置、系统和方法可以包括或用于各种类型的检测方法。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了检测方法，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(6)标记
本文公开的装置、系统和方法可以采用用于分析物检测的各种类型的标记。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了标记，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(7)分析物
本文公开的装置、系统和方法可以应用于操作和检测各种类型的分析物(包括生物标记物)。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了分析物，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(8)应用(领域和示例)
本文公开的装置、系统和方法可以用于各种应用(领域和示例)。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了应用，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(9)云
本文公开的装置、系统和方法可以采用云技术进行数据传输、存储和/或分析。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了相关的云技术，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
其他注释
在以下列举的段落中描述了根据本公开的发明主题的其他示例。
必须注意，如本文和所附权利要求中所使用的，单数形式″一″、″一个″和″该″包括复数指代物，除非上下文另外明确指出，例如当使用词语″单个″时。例如，提及″分析物″包括单个分析物和多个分析物，提及″捕获剂″包括单个捕获剂和多个捕获剂，提及″检测剂″包括单个检测剂和多个检测剂，提及″试剂″包括单个试剂和多个试剂。
如本文所使用，术语″适配″和″配置″意味着元件、部件或其他主体被设计和/或旨在执行给定功能。因此，术语″适配″和″配置″的使用不应被解读为意味着给定的元件、组件或其他主体简单地″能够″执行给定的功能。类似地，被陈述为被配置为执行特定功能的主体可以附加地或可选地描述为可操作以执行该功能。
如本文所使用，当参考根据本公开的一个或多个组件、特征、细节、结构、实施例和/或方法使用时，短语″例如″，短语″作为示例″和/或简称为术语″示例″和″示例性″旨在传达所描述的组件、特征、细节、结构、实施例和/或方法是根据本公开的组件、特征、细节、结构、实施例和/或方法的说明性、非排他示例。因此，所描述的部件、特征、细节、结构、实施例，和/或方法不旨在是限制性的、必需的或排他性的/穷尽的；并且其他部件、特征、细节、结构、实施例和/或方法，包含结构上和/或功能上类似和/或等效的部件、特征、细节、结构、实施例和/或方法，也在本公开的范围内。
如本文所使用，关于多于一个实体的列表的短语″至少一个″和″一个或多个″是指实体列表中的任何一个或多个实体，并且不限于实体列表中具体列出的每个(each)和每个(every)实体中的至少一个。例如，″A和B中的至少一个″(或等效地，″A或B中的至少一个″，或等效地，″A和/或B中的至少一个″)可指单独的A、单独的B，或A和B的组合。
如本文所使用，置于第一实体和第二实体之间的术语″和/或″是指(1)第一实体，(2)第二实体，以及(3)第一实体和第二实体中的一个。使用″和/或″列出的多个实体应当以相同的方式来解读，即如此结合的实体的″一个或多个″。除了由″和/或″子句具体标识的实体之外，可以任选地存在其他实体，无论其与具体标识的那些实体相关还是无关。
当本文提及数值范围时，本发明包括其中包括端点的实施例、其中排除两个端点的实施例，以及其中包括一个端点而排除另一个端点的实施例。应当假定包括两个端点，除非另有说明。以及，除非另有说明或本领域普通技术人员从上下文和理解中明显看出。
在任何专利、专利申请或其他参考文献通过引用并入本文并且(1)定义术语的方式与本公开的未并入部分或其他并入的参考文献不一致和/或(2)以其他方式与本公开的未并入部分或其他并入的参考文献不一致的情况下，应当以本公开的未并入部分为准，并且术语或其中并入的公开应当仅对于其中术语被定义和/或并入的公开最初存在的参考文献为准。
其他注释
在以下列举的段落中描述了根据本公开的发明主题的其他示例。
必须注意，如本文和所附权利要求中所使用的，单数形式″一″、″一个″和″该″包括复数指代物，除非上下文另外明确指出，例如当使用词语″单个″时。例如，提及″分析物″包括单个分析物和多个分析物，提及″捕获剂″包括单个捕获剂和多个捕获剂，提及″检测剂″包括单个检测剂和多个检测剂，提及″试剂″包括单个试剂和多个试剂。
如本文所使用，术语″适配″和″配置″意味着元件、部件或其他主体被设计和/或旨在执行给定功能。因此，术语″适配″和″配置″的使用不应被解读为意味着给定的元件、组件或其他主体简单地″能够″执行给定的功能。类似地，被陈述为被配置为执行特定功能的主体可以附加地或可选地描述为可操作以执行该功能。
如本文所使用，当参考根据本公开的一个或多个组件、特征、细节、结构、实施例和/或方法使用时，短语″例如″，短语″作为示例″和/或简称为术语″示例″和″示例性″旨在传达所描述的组件、特征、细节、结构、实施例和/或方法是根据本公开的组件、特征、细节、结构、实施例和/或方法的说明性、非排他示例。因此，所描述的部件、特征、细节、结构、实施例和/或方法不旨在是限制性的、必需的或排他性的/穷尽的；并且其他部件、特征、细节、结构、实施例，和/或方法，包含结构上和/或功能上类似和/或等效的部件、特征、细节、结构、实施例，和/或方法，也在本公开的范围内。
如本文所使用，关于多于一个实体的列表的短语″至少一个″和″一个或多个″是指实体列表中的任何一个或多个实体，并且不限于实体列表中具体列出的每个(each)和每个(every)实体中的至少一个。例如，″A和B中的至少一个″(或等效地，″A或B中的至少一个″，或等效地，″A和/或B中的至少一个″)可指单独的A、单独的B，或A和B的组合。
如本文所使用，置于第一实体和第二实体之间的术语″和/或″是指(1)第一实体，(2)第二实体，以及(3)第一实体和第二实体中的一个。使用″和/或″列出的多个实体应当以相同的方式来解读，即如此结合的实体的″一个或多个″。除了由″和/或″子句具体标识的实体之外，可以任选地存在其他实体，无论其与具体标识的那些实体相关还是无关。
当本文提及数值范围时，本发明包括其中包括端点的实施例、其中排除两个端点的实施例，以及其中包括一个端点而排除另一个端点的实施例。应当假定包括两个端点，除非另有说明。以及，除非另有说明或本领域普通技术人员从上下文和理解中明显看出。
在任何专利、专利申请或其他参考文献通过引用并入本文并且(1)定义术语的方式与本公开的未并入部分或其他并入的参考文献不一致和/或(2)以其他方式与本公开的未并入部分或其他并入的参考文献不一致的情况下，应当以本公开的未并入部分为准，并且术语或其中并入的公开应当仅对于其中术语被定义和/或并入的公开最初存在的参考文献为准。

Claims (59)

1.一种用于测定薄流体样品层的装置，包含：
第一板、第二板、间隔件和夹具，其中：
i.所述第一板和所述第二板可相对于彼此移动成不同的构造，包含开放构造和闭合构造；
ii.所述板中的每一个在其各自的表面上包含用于接触流体样品的样品接触区域；
iii.一个或两个所述板包含固定于相应板的间隔件；
iv.所述间隔件具有等于或小于200微米的预定的基本上均匀的高度，其中所述间隔件中的至少一个在所述样品接触区域内；以及
v.所述加热层被配置为加热所述流体样品；
其中所述加热层是(a)在一个所述板上(在内表面或外表面上或附近)或在一个所述板内，并且(b)能够被加热源加热，其中所述加热源通过光、电、射频(RF)辐射或其组合将热能传递至所述加热层；
其中在所述开放构造中，所述两个板是部分或完全分开的，所述板之间的间距不由所述间隔件调节，并且所述样品沉积在一个或两个所述板上；并且
其中在所述样品在所述开放构造中沉积之后构造的闭合构造中，至少一部分所述样品被所述两个板压成基本上厚度均匀的层并且相对于所述板基本上停滞，其中所述层的均匀厚度由所述两个板的所述样品接触区域限定，并由所述板和所述间隔件调节。
其中所述第一板和所述第二板被配置为用于将所述样品的至少一部分限定在厚度为0.1-200μm并且相对于所述板基本上停滞的非常均匀的层中；
其中所述第一板具有500μm或更小的厚度，并且所述第二板具有5mm或更小的厚度。
2.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述板和所述样品厚度被配置为允许所述样品的温度以10℃/s或更高的速率改变。
3.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含夹具，所述夹具压紧所述第一板和所述第二板以将这两个板在所述闭合构造中固定在一起，其中插在所述板上的所述夹具的压强是0.01kg/cm^2或以上，
4.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述加热层在一个所述板中上或其附近、具有60％或更高的吸收系数，且具有小于2mm的厚度。
5.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含辐射吸收层，所述辐射吸收层位于所述厚度均匀的样品的所述至少一部分附近，而所述样品的所述至少一部分和所述辐射吸收层的面积基本上大于所述均匀厚度。
6.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述样品和所述辐射吸收层的至少一部分的面积基本上大于所述样品的所述均匀厚度。
7.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述装置具有一个厚度为100μm或更小的板。
8.根据权利要求1、2和4所述的装置，还包含在所述均匀厚度的样品的至少一部分附近的辐射吸收层，其中所述装置具有厚度为100μm或更小的板中的一个。
9.根据权利要求3所述的装置，还包含在所述闭合构造中将所述第一板和所述第二板压在一起的夹具，其中所述夹具施加在板上的压强是0.01kg/cm^2或更高。
10.根据权利要求3所述的装置，还包含在所述闭合构造中将所述第一板和所述第二板压在一起的夹具，并且还包含在均匀厚度的样品的至少一部分附近的辐射吸收层，其中所述夹具施加在所述板上的压强是0.01kg/cm^2或更高。
11.一种用于快速改变薄流体样品层的温度的系统，包含：
i.根据前述任一权利要求中的装置，
ii.辐射源，其中所述辐射源被配置为辐射由所述辐射吸收层显著吸收的电磁波；以及
iii.控制器被配置为控制所述辐射源并且改变所述样品的温度。
12.一种快速改变薄流体样品层的温度的方法，包含：
i.提供前述任一权利要求中的装置或系统；
ii.将流体样品沉积在所述装置中的一个或两个所述板上；
iii.在ii之后，将所述板按压成闭合构造，其中所述板将所述样品的至少一部分压成厚度小于200μm的薄层；以及
iv.通过改变来自所述辐射源的电磁波的有无、强度、波长、频率和/或角度来改变和维持所述样品层的温度。
13.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述夹具被配置为包含热绝缘体层以减小所述夹具与所述板之间的热传导，其中所述热绝缘体层包含热导率为2W/mK的材料。
14.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述夹具被配置为包含热绝缘体层以减少加热或冷却所述样品所需的热质量，其中所述热绝缘体层包含热导率为2W/mK的材料。
15.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中在所述闭合构造中，所述夹具被配置为密封所有QMAX卡。
16.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中在所述闭合构造中，所述夹具被配置为与所述板的所述表面的一部分具有热传导接触。
17.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中在所述闭合构造中，所述夹具仅与所述板的外围表面区域具有热传导接触。
18.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中在所述闭合构造中，所述夹具仅与所述板的表面区域具有热传导接触，其中所述表面区域在所述样品的待扩增核酸的部分之外。
19.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述夹具包含透明的窗口，所述窗口允许外部的光照到所述板或允许所述板内部的光透出来。
20.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述夹具包含透明的窗口，所述窗口允许外部的光照到所述板或允许所述板内部的透出来，其中所述透明度指高于30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％，或者在任何两个值之间的范围内。
21.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述夹具施加压力以挤压所述第一板和所述第二板，其中所述压强为0.01kg/cm2、0.1kg/cm2、0.5kg/cm2、1kg/cm2、2kg/cm2、kg/cm2、5kg/cm2、10kg/cm2、20kg/cm2、30kg/cm2、40kg/cm2、50kg/cm2、60kg/cm2、100kg/cm2、150kg/cm2、200kg/cm2、400kg/cm2，或者在任何两个值之间的范围内。
22.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述夹具施加压力以挤压所述第一板和所述第二板，其中所述压强为0.1kg/cm2到20kg/cm2。
23.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述夹具施加压力以挤压所述第一板和所述第二板，其中所述压强为0.1kg/cm2到20kg/cm2。
24.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述夹具施加压力以挤压所述第一板和所述第二板，其中所述压强为0.5kg/cm2到40kg/cm2。
25.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，还包含夹具，所述夹具在所述闭合构造中将所述第一板和所述第二板挤压在一起，且还包含密封材料，所述密封材料位于所述第一板与所述第二板的至少一部分之间，其中插入到所述板上的所述夹具的压强为0.01kg/cm^2或更高。
26.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述样品的所述温度改变是以循环方式上下改变温度的热循环。
27.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述样品的所述温度改变是热循环，其中所述热循环是用于使用聚合酶链式反应(PCR)的核酸扩增。
28.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述样品的所述温度改变用于核酸等温扩增。
29.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，所述样品的至少一部分和所述辐射吸收层的面积基本上大于所述均匀厚度。
30.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述辐射吸收层包括磁盘耦合点柱天线(D2PA)阵列、硅夹层、石墨烯、超晶格或其他等离子体材料，或它们的其他组合。
31.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述辐射吸收层包含碳纳米结构或黑色纳米结构或它们的组合。
32.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述辐射吸收层被配置为吸收辐射能量。
33.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述辐射吸收层被配置为在吸收辐射能量之后以热的形式辐射能量。
34.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述辐射吸收层位于所述样品层下方并且与所述样品层直接接触。
35.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述辐射吸收层被配置为吸收电磁波，所述电磁波选自以下组成的组：无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波、X射线、γ射线，以及热辐射。
36.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述板中的至少一个不阻挡所述辐射吸收层吸收的辐射。
37.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述板中的一个或两个导热系数低。
38.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述样品层的所述均匀厚度由固定于一个或两个所述板中的一个或多个间隔件调节。
39.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述样品是预混合聚合酶链式反应(PCR)介质。
40.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，1，其中所述装置被配置为通过根据预定程序改变所述样品的温度来促进PCR检测。
41.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述装置被配置为进行诊断测试、健康监测、环境测试，和/或法医检验。
42.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述装置被配置为进行DNA扩增、DNA定量、选择性DNA分离、遗传分析、组织分型、癌基因鉴定、传染病测试、遗传指纹分析，和/或亲子鉴定。
43.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述样品层被横向密封以减少样品蒸发。
44.根据前述任一权利要求所述的系统，还包含：控制器，所述控制器被配置为控制所述电磁波的有无、强度、波长、频率，和/或角度。
45.根据前述任一权利要求所述的系统，还包含：温度计，所述温度计被配置为测量所述样品接触区域处或附近的温度并且基于所测量的温度向所述控制器发送信号。
46.根据前述任一权利要求所述的系统或方法，其中所述温度计选自以下组成的组：光纤温度计、红外温度计、液晶温度计、高温计、石英温度计、硅带隙温度传感器、温度条、热敏电阻，以及热电偶。
47.根据前述任一权利要求所述的系统或方法，其中所述控制器被配置为控制来自所述辐射源的电磁波的有无、强度、波长、频率，和/或角度。
48.根据前述任一权利要求所述的系统或方法，其中所述辐射源和所述辐射吸收层被配置为使得所述电磁波引起至少10℃/s的平均升温速率；并且去除所述电磁波引起至少5℃/s的平均降温速率。
49.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述辐射源和所述辐射吸收层被配置为产生至少10℃/s的平均升温速率和至少5℃/s的平均降温速率。
50.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述辐射源和所述辐射吸收层被配置为产生至少10℃/s的平均升温速率以实现PCR过程中的初始化步骤、变性步骤和/或延伸/延长步骤，以及至少5℃/s的平均降温速率以实现PCR过程中的退火步骤和/或最终冷却步骤。
51.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述PCR样品包含：模板DNA、引物DNA、阳离子、聚合酶，以及缓冲液。
52.根据前述任一权利要求所述的方法，其中将所述板按压成闭合构造的所述步骤包括用非精确压力按压所述板。
53.根据前述任一权利要求所述的方法，其中将所述板按压成闭合构造的所述步骤包含直接用人手按压所述板。
54.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述厚度非常均匀的层的厚度变化小于10％。
55.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述样品的所述温度改变是热循环，其中所述热循环用于使用聚合酶链式反应(PCR)的核酸扩增，所述聚合酶链式反应(PCR)选自以下组成的组：热启动PCR、嵌套PCR、降落PCR、逆转录PCR、RACE PCR，以及数字PCR。
56.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述样品的所述温度改变用于核酸等温扩增，所述核酸等温扩增选自以下组成的组：环介导等温扩增、链置换扩增、解旋酶依赖性扩增、切口酶扩增、滚环扩增，以及重组酶聚合酶扩增。
57.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，还包含：选自以下的试剂：DNA模板、引物、DNA聚合酶、脱氧核糖核苷三磷酸(dNTPs)、二价阳离子(例如Mg2+)、单价阳离子(例如K+)，以及缓冲溶液。
58.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述间隔件具有基本上平坦的顶部。
59.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中所述板中的一个为50μm或更小。
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