CN112218939A - 用于测定的样品温度的快速变化 - Google Patents

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Abstract

此外，本发明提供了能够以高速、较少的加热能、高能量效率、紧凑且简化的设备(例如，手持式设备)、容易且快速的操作和/或低成本快速改变或循环(即，加热和冷却)样品温度的装置和方法。

Description

用于测定的样品温度的快速变化
交叉引用
本申请要求2017年5月23日提交的美国临时专利申请号62/510,063、2018年2月7日提交的国际申请号PCT/US2018/017307、2018年2月14日提交的国际申请号PCT/US2018/018108、2018年2月15日提交的国际申请号PCT/US2018/018405和2018年4月23日提交的国际申请号PCT/US2018/028784的权益，其各自出于所有目的通过引用全部并入本文。
技术领域
此外，本发明涉及用于进行生物和化学测定的装置和方法，具体涉及具有快速的样品温度变化、快速测定，及易于使用的装置和方法。
背景技术
在某些化学、生物或医学测定中，需要样品温度的快速变化或快速热循环(例如，用于扩增核酸的聚合酶链式反应(PCR)或等温扩增)。
为了提高样品热循环速度(即更短的热循环时间)，在现有技术中已经描述了小样品尺寸、小热循环腔室、具有小热质量的快速加热元件(例如，辐射加热器或电加热器)。然而，仍然需要能够改进快速样品热循环的速度、能量效率、设备尺寸和重量、操作程序和时间、功耗和/或成本的装置和方法。这种改进能够具有明显的经济效益。
本发明的一个目的是满足这些需要。本发明还提供了用于等温核酸扩增的有用装置和方法。
发明内容
以下简要概述并不旨在包括本发明的所有特征和方面。
此外，本发明提供了能够以高速、较少加热能、高能量效率、紧凑且简化的设备(例如手持式设备)、容易且快速的操作和/或低成本快速改变或循环(即加热和冷却)样品温度的装置和方法。
本发明已经通过实验实现了样品温度在一秒钟内或更短时间内在95℃和55℃之间的循环。
本发明具有六个新颖方面：(1)允许快速热循环的装置和方法，(2)允许样品厚度均匀且样品保持器机械稳定以用于处理的装置和方法，(3)简单操作，(3)用于进行实时PCR的装置和方法，(4)生物化学，和(5)基于智能手机的系统。
为了快速热循环样品或其一部分的温度，必须降低热质量和横向热。
优选辐射加热和冷却。
附图说明
本领域技术人员将理解，下面描述的附图仅用于展示目的。附图不旨在以任何方式限制本发明的范围。在一些情况下，附图不是完全按比例绘制的。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示出了根据一些实施例的用于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2A示出了根据一些实施例的具有与冷却层分离的加热层的装置的实施例。
图2B示出了根据一些实施例的具有接触冷却层的加热层的实施例。
图3A和3B分别示出了根据一些实施例的板的外表面上的组合加热/冷却层的透视图和截面图。
图4A示出了根据一些实施例的处于开放构造的装置的透视图和截面图。
图4B示出了根据一些实施例的当样品保持器处于闭合构造时装置的透视图和截面图。
图5示出了根据一些实施例的装置的俯视图。
图6A示出了根据一些实施例的当装置(系统的样品保持器)处于开放构造时系统的透视图。
图6B示出了根据一些实施例的当样品保持器处于闭合构造时系统的截面图。
图7示出了根据一些实施例的示出了有助于温度改变和控制的附加元件的系统的截面图。
图8A和8B分别示出了根据一些实施例的具有多个样品接触区域的装置的透视图和截面图。
图9示出了根据一些实施例的演示如何添加和挤压样品的装置的截面图。
图10示出了根据一些实施例的演示PCR过程的装置的截面图。
图11A和11B分别示出了根据一些实施例的装置的板上的加热层的俯视图和截面图。
图12A和12B示出了根据一些实施例的具有第一板、第二板和加热/冷却层的装置的截面图。
图13示出了根据一些实施例的包括使用纤维的加热源的用于快速改变样品温度的系统的截面图。
图14示出了根据一些实施例的包括使用透镜的加热源的用于快速改变样品温度的系统的截面图。
图15A和15B分别示出了根据一些实施例的具有单独的加热元件的装置的俯视图和侧视图。
图16A和16B分别示出了根据一些实施例的用于引导来自加热源的电磁波(例如光)的光导管的透视图和侧视图。
图17示出了根据一些实施例的光导管的透视图。
图18A和18B分别示出了根据一些实施例的用热源加热的样品装置的侧视图和俯视图。
图19示出了根据一些实施例的具有聚焦来自热源的光的透镜的装置的示意性侧视图。
图20示出了根据一些实施例的不同材料的实验吸收光谱。
图21示出了根据一些实施例的实验热循环数据。
图22示出了根据一些实施例的加热/冷却层的面积对加热和冷却时间的影响的实验数据。
图23示出了根据一些实施例的加热和冷却时间相对于加热/冷却层的面积尺寸的实验数据。
图24A示出了根据一些实施例的加热时间与加热/冷却层厚度之间的关系的实验数据。
图24B示出了根据一些实施例的冷却时间与加热/冷却层厚度之间的关系的实验数据。
图25A示出了根据一些实施例的加热时间与加热/冷却层与样品之间的距离之间的关系的实验数据。
图25B示出了根据一些实施例的冷却时间与加热/冷却层与样品之间的距离之间的关系的实验数据。
图26A示出了根据一些实施例的加热时间与样品层厚度之间的关系的实验数据。
图26B示出了根据一些实施例的冷却时间与样品层厚度之间的关系的实验数据。
图27A示出了根据一些实施例的加热时间和加热源功率之间的关系的实验数据。
图27B示出了根据一些实施例的冷却时间与样品上的加热源功率之间的关系的实验数据。
图28A示出了根据一些实施例的加热时间与不同加热/冷却层材料之间的关系的实验数据。
图28B示出了根据一些实施例的冷却时间与不同加热/冷却层材料之间的关系的实验数据。
图29A示出了根据一些实施例的具有球形间隔件的装置的示意图。
图29B示出了根据一些实施例的具有柱状间隔件的装置的示意图。
图30A和30B分别示出了根据一些实施例的支撑件上的装置的俯视图和侧视图。
图31示出了根据一些实施例的将装置放置在装置支撑件和/或装置转接器上对加热和冷却时间的影响的实验数据。
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。
定义
术语“样品热循环仪”或“热循环仪”是指可以升高和冷却样品温度的设备，并且如果需要，该设备可以在两个温度之间重复加热和冷却样品。
术语“样品热循环”或“热循环”是指重复升高和冷却样品的温度。
术语“样品热循环”或“热循环”是指将样品温度升高到较高温度然后将其冷却回到原始温度的循环。
术语“样品热循环时间”或“热循环时间”是指进行给定热循环次数的时间。
术语“样品热循环速度”或“热循环速度”是指进行热循环的速度。
术语材料的“热质量”是指当没有其他能量损失时将该材料的温度加热一度所需的能量。因此，材料的热质量等于每单位体积的比热乘以材料的体积。
术语“热导率与容量之比”是指材料的热导率与其热容量之比。例如，在约室温下，金的热导率与容量之比为1.25cm2/sec(平方厘米/秒)且水的热导率与容量之比为1.4×10-3cm2/sec。
术语“浪费的能量”是指提供给不用于直接加热相关样品的样品保持器的能量。
本文所使用的术语“一个”和“一种”应理解为是指“至少一个”，除非另外明确指出。
本文所使用的术语“约”通常是指在特定使用的上下文中大于或小于所述数值15％的范围。例如，“约10”应包括8.5至11.5的范围。
术语“样品保持器支撑件”是指样品保持器物理地附接到装置上并由装置机械地支撑的装置。
本文所使用的术语“一次性的”通常是指设计成在有限使用(例如，在反应次数、热循环或时间方面)后丢弃而不是无限重复使用的装置。
术语“核酸扩增”是指现有核酸的一个或多个复制拷贝的产生。
术语“核酸扩增循环”是指用于进行单轮核酸扩增的整套步骤。
术语“模板”是指扩增的核酸。
术语“扩增产物”是指在核酸扩增过程中从模板产生的现有核酸的复制拷贝。
术语“黑色涂料”是指在日光照射下人眼可见为黑色的涂料。
术语“冷却气体”或“冷却液体”分别是指用于例如从样品、从样品保持器、从材料或从区域去除热能的气相或液相。
本文所使用的术语“机械接触”通常是指在一种或多种材料之间形成的接触，其中所述材料是物理接触的。
术语“热路径”是指热能通过其从一个位置转移到另一个位置的距离。
术语“相关样品”或“相关样品体积”是指在热循环期间被加热和/或冷却至所需温度的样品的体积，并且相关样品可以是样品保持器上的样品的一部分或整个体积，并且在样品的一部分与样品的其余部分之间没有流体分离。
术语“高K材料”是指热导率(K)等于或大于50W/(m·K)的材料(例如，金：-314W/(m·K)和石墨-80W/(m·K)是高K材料)。
术语“低K材料”是指热导率(K)等于或小于1W/(m·K)的材料(例如，水(-0.6W/(m·K))和塑料(-0.2W/(m·K))是低K材料)。
术语“热循环中的冷却时间”和“冷却循环时间”是可互换的。
术语“热循环中的加热时间”和“加热循环时间”是可互换的。
术语“加热区”是指(a)当加热层是与冷却层隔开的层时的加热层；或(b)当加热和冷却使用同一层时的加热区域；加热区被加热源直接加热。
术语“直接加热”是指输入该区域的能量。例如，对于由LED加热源加热的加热区，LED加热源在加热区上方投射光。对于由电加热源加热的加热区，电加热源将电流发送到加热区以在加热区中产生热量。
术语“冷却区”是指(a)当冷却层是与加热层隔开的层时的冷却层；或(b)当冷却和加热使用相同层时的冷却区域。除非另有说明，否则冷却区包含热导率为50W/m-或更大的材料。
术语“加热层由加热源加热”是指“加热层或加热/冷却层的加热区由加热源加热”。
术语“非样品材料”是指在相关样品体积之外的样品保持器上的材料。
术语“浪费的加热能”是指必须提供给非样品材料和非相关样品以便将相关样品体积加热到所需温度的能量。
术语区域的“平均线性尺寸”定义为等于面积乘以4然后除以面积周长的长度。例如，该区域是具有宽度w和长度L的矩形，则矩形的线性尺寸的平均值是4*W*L/(2*(L+W))(其中“*”表示乘法而“/”表示除法)。根据该定义，对于宽度W的平方，平均线尺寸分别为W，对于直径为d的圆，平均线尺寸分别为d。
术语“横向”是指平行于样品保持器的板的方向。
术语“垂直”是指垂直于样品保持器的板的方向。
术语周期性结构阵列的“周期”是指从结构的中心到最近的相邻相同结构的中心的距离。
可互换使用的术语“智能手机”或“移动电话”是指具有照相机和通信硬件和软件的类型的电话，该通信硬件和软件可使用照相机拍摄图像、操纵由照相机拍摄的图像，并将数据传送到远程位置。在一些实施例中，智能手机具有闪光灯。
除非另有说明，术语“加热层”或“加热区”是指包含热导率为50W/m-K或更大的至少一层材料的材料层。
术语“加热体积”是指待加热的材料的体积。“加热的样品体积”是指加热的样品的一部分的体积。
术语“冷却层”是指具有高热导率并且具有大的表面热辐射能力的热辐射冷却层，大的表面热辐射能力是黑体的表面热辐射能力的至少50％。
用于加热和冷却的样品保持器内部的样品的术语“横向尺寸”或“横向面积”是指被加热到期望温度的样品部分的横向尺寸或横向面积。
术语“板”是指自立式的，除了当两个板处于“闭合构造”时，其中两个板闭合在一起并且由间隔件隔开(在这种情况下，这对板是自立式的)的板。术语“自立式”是指板的中心区域没有任何支撑。例如，当两个板处于闭合构造并且样品处于板之间时。板对的中心区域没有机械支撑，只有空气接触板的外表面。
工作原理
本发明的一个方面是减少热循环时间、减少用于这种循环的加热能、增加能量效率和减少总功耗。
热循环时间(速度)、加热能、能量效率和功率消耗是相关的。当升高给定样品的温度需要更多的加热能时，在冷却样品时必须除去更多的能量，这又需要更多的时间和/或更多的能量来进行冷却。
现有技术中的许多热循环仪需要使用大量的加热能给样品保持器(例如塑料腔室壁)而不是样品；使用通过样品保持器的大的热质量和差的热传导材料的横向热传导作为冷却样品的主要冷却通道(注意，材料需要吸收和释放能量以进行热传导)；使用传导冷却作为主要冷却方法，和/或使用额外的冷却气体或移动冷却块。这些方法导致热循环时间长、热能高、能量效率低、设备笨重和/或成本高的问题。
基于理论和实验研究，本发明提供了对现有技术中样品热循环中某些缺点的解决方案。
为了展示本发明的工作原理，让我们看看热循环仪在加热和冷却样品中的能量分量。加热和冷却共用三个能量分量：(i)一种涉及热质量(即材料吸收和储存能量的能力)；热质量越大，需要增加更多的能量用于加热，并且需要在冷却中除去更多的能量，(ii)热辐射造成的热损失，和(iii)热传导/对流造成的热损失。为了快速加热，需要三个能量分量均很小。但是为了快速冷却，需要第一能量分量较小，但是需要最后两个能量分量中的至少一个较大。
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能量部件的某些设计。特别地，在某些实施例中，本发明减少了必须在热循环中加热的热质量、限制了横向热传导，并且使用辐射热损失作为从加热的样品去除能量的主要方式。
根据本发明，样品的冷却明显地通过热辐射冷却，而不是通过热传导冷却。因此，在热循环中，样品保持器上的大部分或大部分非样品材料不吸收和释放与热传导支配系统中一样多的能量。
本发明的一个方面提供了减少对样品保持器上的非样品材料的加热的装置和方法。
本发明的另一个方面提供了减少通过样品保持器上的大的热质量和差的热传导材料的横向热传导的装置和方法。
本发明的另一个方面提供了使用热辐射冷却作为主要冷却通道来冷却样品的装置和方法。
本发明的另一个方面提供了将间隔件放置在夹着样品的板(即壁)之间的装置和方法。间隔件在大的面积上提供良好的样品均匀性，即使当板薄(例如25μm厚)和柔性时。在没有间隔件的情况下，当限定样品的两个板变得非常薄时，难以获得均匀的样品厚度。
本发明的另一个方面提供了使装置操作更简单的装置和方法。
根据本发明，热辐射冷却使用在冷却期间具有良好热辐射冷却特性并且在加热期间具有低热质量(因此具有低加热能)的材料层(在材料和形状方面)。
根据本发明，样品保持器被配置为限制/最小化热传导冷却。
根据本发明，样品室壁厚的样品厚度、第一板和第二板(彼此面对)被配置为减小横向热传导(即在板的方向上)。
根据本发明，在一些实施例中，热辐射冷却层是与加热层相同的加热/冷却层，但是冷却区与加热区的比率、材料特性以及材料厚度与几何形状被配置为使得加热/冷却层在加热中具有低的热质量并且具有高的热辐射冷却速率。
本发明的另一个目的是在几秒钟甚至几秒钟(例如0.7秒)内进行样品温度变化(例如从95℃到55℃)的一个循环。
本发明的另一个方面是提供用于等温核酸扩增的有用装置和方法，其中样品温度需要从环境温度升高到升高的温度(即65℃)并保持一段时间(即5-10分钟)。本发明的一个方面是快速升温，使用较少的能量，并使装置紧凑、重量轻和便携。
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。
本发明的另一个方面是在某些实施例中，仅一小部分样品被加热和/或冷却。
本发明的另一个方面是它使用薄的高热导率层，该层的面积尺寸大于相关样品区域的面积尺寸。
本发明的另一个方面是使用面积尺寸大于加热区面积的薄高导热层。
本发明的另一个方面提供了减少对样品保持器上的非样品材料的加热的装置和方法。
本发明的另一个方面提供了减少样品保持器上的大热质量和不良热传导材料中的横向热传导的装置和方法。
本发明的另一个方面提供了使用热辐射冷却作为主要冷却通道来冷却样品的装置和方法。
本发明的另一个方面是它可以在不使用冷却气体的情况下实现快速热循环。
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。
本发明的另一个方面是调节辐射冷却和对流冷却以快速冷却。
用于辐射冷却和/或对流冷却的散热器用于快速冷却。
本发明样品热循环设备的一个实施例(如图1所展示)包含(i)样品保持器，其称为“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)加热源；(iii)额外的散热器(可选的)；(iv)温度控制系统，和(v)信号监测系统(可选的)。温度控制系统和信号监测系统未在图1中明确展示，但可用于控制加热源的输出。在一些实施例中，包括信号传感器以检测来自样品保持器上的样品的光学信号。注意，本发明的某些实施例可以仅具有图1展示的一个或几个部件。
图2A和2B示出了本发明的装置的两个实施例的截面图。图2A示出了包含单独的加热层(112-1)和单独的冷却层(112-2)的实施例，其中加热层(112-1)在一个板的外表面上，而冷却层(112-2)在另一个板的外表面上。图2B示出了包含加热层(112-1)和冷却层(112-2)的实施例，其中加热层(112-1)和冷却层(112-2)在结构上不同但彼此接触，并且这两个层都在其中一个板的外表面上。
SH-1关于本发明的RHC卡的一个实施例的一种详细描述是用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板(10)、第二板(20)、加热层(112-1)和冷却层(112-2)，其中：
第一板和第二板中的每个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；其中样品接触区域彼此面对，以200μm或更小的平均间距分离，并且能够将样品夹在它们之间；
加热层：
被定位在其中一个板的内表面、外表面或内侧上，
被配置为加热样品的相关体积，其中该样品的该相关体积是正被加热至期望温度的样品的一部分或全部；以及
冷却层：
位于其中一个板的内表面、外表面或内侧上；
被配置为冷却相关样品体积；以及
包含热导率与热容比为0.6cm2/sec或更大的材料层；
其中该冷却层与相关样品体积的表面之间的距离是零或小于被配置为使得该冷却层与该相关样品体积的表面之间的每单位面积的热导率等于70W/(m2·K)或更大的距离；以及
其中，在一些实施例中，加热层和冷却层是具有加热区和冷却区的相同材料层，并且其中加热区和冷却区可以具有相同面积或不同面积。
SH-2关于本发明的RHC卡(样品保持器)的一个实施例的另一种详细描述是用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板(10)、第二板(20)、加热层(112-1)和冷却层(112-2)，其中：
每个第一板和第二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；其中样品接触区域彼此面对，以200μm或更小的平均分离距离分离，并且能够将样品夹在它们之间；
加热层：
被定位在其中一个板的内表面、外表面或内侧上，
被配置为加热样品的相关体积，其中该样品的该相关体积是正被加热至期望温度的样品的一部分或全部；以及
冷却层：
位于其中一个板的内表面、外表面或内侧上；
被配置为冷却相关样品体积；以及
包括具有0.6cm2/sec或更大的热导率与热容量比的材料层，其中高热导率与热容量比的层具有大于样品体积的横向面积的面积；
其中该冷却层与该相关样品体积的表面之间的距离是零或小于被配置为使得该冷却层与该相关样品体积的表面之间的每单位面积的热导率等于150W/(m2·K)或更大的距离；以及
其中，在一些实施例中，加热层和冷却层是具有加热区和冷却区的相同材料层，并且其中加热区和冷却可以具有相同区域或不同区域。
如图3A和3B所展示，在本发明的一些实施例中，加热层和冷却层组合成一层(加热/冷却层)，产生加热区和冷却区，其中冷却区大于加热区。样品卡100(也称为“RHC卡”)可以包括两个薄板(10、20)，这两个薄板将流体样品(90)夹在它们之间，并且加热/冷却层(112)位于样品下方，并且加热/冷却层(112)由远离卡定位的加热源加热。根据一个实施例，在样品的边缘处，没有用于容纳样品的壁，但是样品的边缘不会因保持流体样品边缘形状的毛细力而流动。
如图4A所展示，根据一个实施例，板10和板20可以具有由间隔102隔开的内表面11和21。当装置准备接收样品时(例如，在开放位置)，间隔102可以很大。图4B展示了装置100的闭合构造，其中间隔102被制作得较小(例如，小于约200μm)以将样品90夹在板10与20之间。在该实施例中，加热/冷却层112位于板20的外表面22上。
SH-3对本发明的RHC卡的一个实施例的另一种详细描述是用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板(10)、第二板(20)和加热/冷却层(112)，其中：
第一板(10)和第二板(20)彼此面对，并且彼此隔开一定距离；
每个板在其各自的内表面(11、21)上具有用于接触流体样品的样品接触区域；其中这些样品接触区域彼此面对、与该样品接触、将样品限定在它们之间，并且彼此具有平均间距(102)，以及该样品；
加热/冷却层(112)位于第二板(20)的外表面(22)上；以及
加热/冷却层被配置为包含加热区和冷却区；其中该加热区被配置为加热该流体样品，该冷却区被配置为通过热辐射冷却来冷却该样品；
其中该加热区被配置为接收来自加热源的加热能并且具有小于该加热/冷却层的总面积的面积；以及
其中加热层的加热区的至少一部分与样品区域重叠。
SH-4.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板(10)、第二板(20)、加热层(112-1)和冷却层(112-2)，其中：
第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造；
每个第一板和第二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；其中样品接触区域彼此面对，以200μm或更小的平均间距分离，并且能够将样品夹在它们之间；
加热层：
被定位在其中一个板的内表面、外表面或内侧上，
被配置为加热样品的相关体积，其中该样品的该相关体积是正被加热至期望温度的样品的一部分或全部；以及
冷却层：
位于其中一个板的内表面、外表面或内侧上；
被配置为冷却相关样品体积；以及
包含热导率与热容比为0.6cm2/sec或更大的材料层；
其中，其中的一种构造是开放构造，其中：这两个板是部分或完全隔开的并且这些板之间的平均间距是至少300μm；
其中，这些构造中的另一种构造是闭合构造，在将流体样品沉积在开放构造中的一个或两个样品接触区域上之后再配置该闭合构造；并且在闭合构造中：样品的至少一部分被两个板限定成层，其中平均样品厚度为200μm或更小。
SH-5.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板(10)、第二板(20)、间隔件、加热层(112-1)和冷却层(112-2)，其中：
第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造；
第一板和第二板中的每个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；其中样品接触区域彼此面对，以200μm或更小的平均间距分离，并且能够将样品夹在它们之间；
一个或两个板包含间隔件，且间隔件固定于相应板的内表面上；
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，且预定间隔件间距；
加热层：
被定位在其中一个板的内表面、外表面或内侧上，
被配置为加热样品的相关体积，其中该样品的该相关体积是正被加热至期望温度的样品的一部分或全部；以及
冷却层：
位于其中一个板的内表面、外表面或内侧上；
被配置为冷却相关样品体积；以及
包含导热率与热容比为0.6cm2/sec或更大的材料层；
其中，其中的一个构造是开放构造，在开放构造中：两个板是部分或完全隔开的，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；并且
其中，这些构造中的另一种构造，在开放构造中沉积样品之后再配置该闭合构造；并且在该闭合构造中：该样品的至少一部分被两个板挤压为厚度非常均匀的层，其中该层的均匀厚度被板的样品接触面限定并且被板和间隔件调节。
在一些实施例中，加热/冷却层(112)可以在第二板(20)的内表面(21)上或内部，而不是在第二板(20)的外表面(22)上。
在装置的所有实施例的一些实施例中，RHC卡进一步包括定位在第一板和第二板之间的间隔件，以调节两个板之间的距离(即板的间隔)，并因此调节样品厚度。间隔件可以允许两个板之间的样品厚度在大的面积上均匀，即使当板薄且柔性时也是如此。
在一些实施例中，存在多于一个加热/冷却层。
A.较小相关样品体积(RE比率)
减少应该加热或冷却到所需温度的样品体积可以缩短热循环中的加热时间和冷却时间以及加热功率。可通过(a)减小整个样品体积或(b)仅加热样品保持器上的一部分样品来实现热循环的样品体积的减小。术语“相关样品”或“相关样品体积”是指在热循环期间被加热和/或冷却至所需温度的样品的体积，并且相关样品可以是样品保持器上的样品的一部分或整个体积，并且在样品的一部分与样品的其余部分之间没有流体分离。
在一些实施例中，样品的相关体积为0.001μl、0.005μl、0.01μl、0.02μl、0.05μl、0.1μl、0.2μl、0.5μl、1μl、2μl、5μl、10μl、20μl、30μl、50μl、100μl、200μl、500μl、1ml、2ml、5ml或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选的实施例中，相关样品体积为0.001μL至0.1μL、0.1μm至2μL、2μL至10μL、10μL至30μL、30μL至100μL、100μL至200μL或200μL至1mL。
在一些优选的实施例中，相关样品体积为0.001μL至0.1μL、0.1μm至1μL、0.1μL至5μL或0.1μL至10μL。
在某些实施例中，相关样品与整个样品体积的比率(RE比率)是0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、0.1％、0.5％、1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选的实施例中，RE比率为0.01％和0.1％、0.1％和1％、1％和10％、10％和30％、30％和60％、60％和90％，或90％和100％。
为了仅加热样品的一部分，在一些实施例中，加热区的面积仅是样品横向面积的一部分，并且该部分(即，加热区与样品横向面积的比率)为0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、0.1％、0.5％、1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选实施例中、加热区面积与样品横向面积的比率在0.01％和0.1％、0.1％和1％、1％和10％、10％和30％、30％和60％、60％和90％，或90％和99％之间的范围内。
B.局部加热、高度垂直于横向传热
当高K(高热导率)层(例如金属层)位于样品保持器(RHC卡)的一个板的内表面、外表面或内侧上时，仅将高K层的一部分和超出高K层的一部分的一部分样品体积加热到所需温度，同时在热循环期间将高K层的其余部分和样品体积的其余部分保持在低得多的温度下，必须满足若干条件。关键条件是：(1)热源必须直接加热高K层的一部分(该部分被称为“加热区”，例如只有该部分被LED灯直接加热或者具有局部电加热器，而其余的则不用)，(2)加热区和样品的一部分之间的垂直加热传递应当比高K材料内的横向热传递(即，在高K材料的横向上)大得多，(3)相关样品应具有大的横向与垂直尺寸比，以及(4)加热区的加热功率必须足以在横向热传递(即热传导)相对可忽略的时间范围内加热相关样品体积。
为了描述满足上述条件(2)的要求，将从高K加热区通过高K与样品之间的中间层传递到样品的垂直热量与高K层内的横向传热的缩放的热导率(STC比)定义为：
Figure BDA0002375288590000101
其中，Kk、Ks,和Km分别为高K层、相关样品和中间层(即高K和样品之间的层)的热导率，tk、ts,和tm分别为高K层、样品和中间层的厚度；D是相关样品的平均横向尺寸，并且0.025是缩放因子。
在一些实施例中，为了将该高K层的一部分和该高K层的该部分上方的样品体积的一部分局部加热至所期望的温度，同时在热循环过程中将该高K层的其余部分和该样品体积的其余部分保持在低得多的温度下，缩放的热导率(STM比)为2或更大、5或更大、10或更大、20或更大、30或更大、40或更大、50或更大、100或更大、1000或更大、10000或更大、10000或更大，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选实施例中，缩放的热导率(STM比)在10至20、30至50、100至1000、1000至10000或10000至1000000的范围内。
为了满足上述条件(2)和(3)，在一些实施例中，相关样品的横向与垂直尺寸(LVS)比为5、10、20、50、70、100、200、300、400、500、600、700、800、800、1、000、2000、5000、10,000、100,000，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选的实施例中，相关样品的LVS比率在5至10、10至50、50至100、100至500、500至1,000、1000至10,000或10,000至100,000的范围内。
在某些实施例中，相关样品的厚度减小(这也有助于样品加热速度)，并且相关样品的厚度为0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选的实施例中，相关样品的厚度为0.05μm和0.5μm、0.5μm和1μm、1μm和5μm、5μm和10μm、10μm和30μm、30μm和50μm、50μm和70μm、70μm和100μm、100μm和200μm或200μm和300μm。
C.大的样品与非样品热质量比(NSTM比)
样品与非样品热质量比的增加可以缩短加热时间、降低加热能，并增加能量效率。在样品夹在两个板之间的实施例中，假设在这些体积中没有热损失，则可以通过仅考虑相关样品体积和夹在相关样品之间的两个板的部分来估计热质量比。因此，测量热质量比的一个参数是相关样品与非样品(将相关样品以及板部分上的部分加热/冷却层夹在中间的板部分)的“比表面积热质量”的比率。材料的术语“比表面积热质量”是指材料的体积比热乘以其厚度。
因此，假定由热传导和辐射引起的热损失可以忽略不计，则样品与非样品热质量比是有用热能(其直接加热相关样品)与“浪费的热能”(其加热非样品材料)的比率。
例如，水的体积比热为4.2J/(cm3-C)，因此30μm厚水层的面积比热为1.26×10-2J/(cm2-C)。PMMA的体积比热为1.77J/(cm3-C)，因此25μm厚PMMA层的面积比热为4.43×10-3J/(cm2-C)，比30μm水层的面积比热小～2.8倍。金具有2.5J/(cm3-C)的体积比热，因此0.5μm厚的金材质的层的面积比热是1.25×10-4J/(cm2-C)，比30μm水层的面积比热小100倍，并且可以忽略。Au的可忽略面积比热是由于其薄的厚度。
如果在RHC卡实施例中，相关的样品夹在两个各为25μm厚的板之间，并且加热/冷却层为0.5μm厚，则在这种情况下样品与非样品的热质量比为1.4。即，当忽略由热传导和辐射引起的热损失时，有用的能量与浪费的能量的比率为1.4，并且有用能量与总加热能的比率为58％。
在一些实施例中，样品与非样品热质量比(NSTM比)为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、1、1.5、2、3、4、5、10、20、30、40、50、60、70、100、200、300、1000、4000，或者在任何两个值之间的范围内。
在优选的实施例中，样品与非样品的热质量比(NSTM比)在0.1至0.2、0.2至0.5、0.5至0.7、0.7至1、1至1.5、1.5至5、5至10、10至30、30至50、50至100、100至300、300至1000或1000至4000的范围内。
为了使样品与非样品的热质量比高，需要保持非样品的区域热质量低，这又需要使板和加热/冷却层薄，和/或体积比热低。
为了使热质量比大，一个实施例使用具有多层或混合材料的薄材料。例如，具有塑料片或与塑料混合的碳的碳纤维层的厚度可以为0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、2μm、5μm、10μm、25μm、50μm，或者在任何两个值之间的范围内。
D.相关样品的薄厚度与大横向/垂直尺寸比(LVS比)
术语“样品的横向与垂直尺寸比”或“样品的LVS比”是指相关样品体积的平均横向尺寸与其平均垂直尺寸的比率。在加热和/或冷却主要来自竖直方向的实施例中，样品的较大LVS比率可以减少浪费的加热能并且增加加热速度和/或冷却速度，并且可以相对于总热能减少相关样品边缘处的横向热传导损失。所有这些可以增加和/或可以增加冷却时间。
在一些实施例中，相关样品的LVS比率是5、10、20、50、70、100、200、300、400、500、600、700、800、800、1,000、2000、5000、10,000、100,000，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选的实施例中，相关样品的LVS比率在5至10、10至50、50至100、100至500、500至1,000、1000至10,000或10,000至100,000的范围内。
例如，样品的横向尺寸为15mm、厚度为30μm，因此样品的LVS为500。
在某些实施例中，相关样品的厚度减小(这也有助于样品加热速度)，并且相关样品的厚度为0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选的实施例中，相关样品的厚度为0.05μm和0.5μm、0.5μm和1μm、1μm和5μm、5μm和10μm、10μm和30μm、30μm和50μm、50μm和70μm、70μm和100μm、100μm和200μm或200μm和300μm。
E.非样品的薄厚度与大横向/垂直尺寸比(LVS比)
术语“非样品的横向与垂直尺寸比”或“非样品的LVS比”是指夹着相关样品的两个板的部分的平均横向尺寸(其与相关样品体积的平均横向尺寸相同)与其厚度的比率。非样品的大LVS比可以相对于总热能减少非样品边缘处的横向热传导损失。
在一些实施例中，非样品的LVS比率是5、10、20、50、70、100、200、300、400、500、600、700、800、800、1,000、2000、5000、10,000、100,000，或者在任何两个值之间的范围内。
在优选的实施例中，非样品的LVS比率在5至10、10至50、50至100、100至500、500至1、000、1000至10,000或10,000至100,000的范围内。
例如，两个25μm厚的板将相关样品的5mm或更大横向尺寸的样品夹在中间，因此每个板的非样品的LVS为200或更高。
为了缩短加热时间，减少加热能和提高能量效率，应该减少通过非样品材料(在样品保持器上)的横向热传导。
特别地，当第一板和第二板由不是良好热材料的材料制成时，板的厚度应当最小化。
在一些实施例中，第一板或第二板或两个板中的每个的厚度为10nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、1μm、2.5μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、200μm或500μm、1000μm，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选实施例中，第一板或第二板或两个板中的每个的厚度为10nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、1μm、2.5μm、5μm、10μm、25μm、50μm、75μm，或者在任何两个值之间的范围内。
第一板和第二板可以具有相同的厚度或不同的厚度，并且可以由相同的材料或不同的材料制成。
在一些优选实施例中，第一板或第二板或两个板中的每个的厚度为10nm和500nm、500nm和1μm、1μm和2.5μm、2.5μm和5μm、5μm和10μm、10μm和25μm、25μm和50μm、50μm和100μm、100μm和200μm，或200μm和500μm，或500μm和1000μm。
在一些优选实施例中，第一板和第二板是塑料、薄玻璃或具有类似物理性质的材料。第一板或第二板的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、175μm、250μm，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选实施例中，第一板和第二板是塑料、薄玻璃或具有类似物理性质的材料。第一板的厚度为5μm、10μm、25μm、50μm，或者在任何两个值之间的范围内；而第二板(具有加热层或冷却层的板)的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内。
F.高K和/或高导热容量比(KC比)的冷却层。
因为通过非样品材料的任何热传导将浪费能量，并且因为横向热传导具有比垂直热传导长得多的热路径，所以应该最小化在非样品材料中的横向热传导中浪费的能量。使这种浪费的能量最小化的一种方法是使用高导热(高K)或更精确地使用高热导率与容量之比(KC比)材料作为冷却层。对于给定的热导率、给定的温度变化和给定的几何形状，高K和/或高KC比材料将比低K和/或低KC比材料需要少得多的能量来加热。
在一些实施例中，用于冷却层的材料的KC比等于或高于0.1cm2/sec、0.2cm2/sec、0.3cm2/sec、0.4cm2/sec、0.5cm2/sec、0.6cm2/sec、0.7cm2/sec、0.8cm2/sec、0.9cm2/sec、1cm2/sec、1.1cm2/sec、1.2cm2/sec、1.3cm2/sec、1.4cm2/sec、1.5cm2/sec、1.6cm2/sec、2cm2/sec、3cm2/sec，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选实施例中，冷却层的KC比在0.5cm2/sec和0.7cm2/sec、0.7cm2/sec和0.9cm2/sec、0.9cm2/sec和1cm2/sec、1cm2/sec和1.1cm2/sec、1.1cm2/sec和1.3cm2/sec、1.3cm2/sec和1.6cm2/sec、1.6cm之间的范围内。
在一些实施例中，高热导率(即，高K)材料用于冷却层。并且高K材料的热导率等于或大于50W/(m·K)、80W/(m·K)、100W/(m·K)、150W/(m·K)、200W/(m·K)、250W/(m·K)、300W/(m·K)、350W/(m·K)、400W/(m·K)、450W/(m·K)、500W/(m·K)、600W/(m·K)、1000W/(m·K)、5000W/(m·K)，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选实施例中、高热导率(即，高K)材料用于冷却层，并且高K材料的热导率在50W/(m·K)至100W/(m·K)、110W/(m·K)至200W/(m·K)、200W/(m·K)至400W/(m·K)、400W/(m·K)至600W/(m·K)或400W/(m·K)至5000W/(m·K)的范围内。
在一些实施例中，高K材料选自金属、半导体，并且允许高于50W/(m·K)的热导率，以及任何组合(包括任何混合物)。在一些实施例中，高K材料选自金、铜、银和铝，以及任何组合(包括任何混合物)。在一些实施例中，高K材料选自碳颗粒、碳管、石墨、硅和任何组合(包括任何混合物)。
G-1.冷却区面积大于横向相关样品面积和加热区面积
为了有效地冷却样品同时减少非样品材料中的浪费的能量，在一些实施例中，高K和/或高KC比材料(称为“高K材料”)用作从样品移除热量的主要通道。高K冷却区(层)的面积应当大于相关的样品横向尺寸。
在某些实施例中，冷却区(层)的面积比相关样品的横向面积大1.5、2、3、4、5、10、20、50、70、100、200、300、400、500、600、700、800、800、1,000、2000、5000、10,000、100,000，或者在任何两个值之间的范围内。
在优选的实施例中、冷却区(层)的面积比相关样品的横向面积大1.5至5、5至10、10至50、50至100、100至500、500至1,000、1000至10,000或10,000至100,000倍。
为了提高冷却速度和热循环效率，在某些实施例中，高K冷却层(区)的面积应大于加热区的面积。
在一些实施例中，冷却区(层)的面积比加热区(层)的面积大1.1、1.5、2、3、4、5、10、20、30、40、50、70、100、200、300、400、500、600、700、800、800、1,000、5000、10,000、100,000，或者在任何两个值之间的范围内。
在优选的实施例中、冷却区(层)的面积比加热区(层)的横向面积大1.1至1.5、1.5至5、5至10、10至50、50至100、100至500、500至1,000、1000至10,000或10,000至100,000。
G-2.冷却区面积和加热区面积与横向相关样品面积相同
在某些实施例中，冷却区面积和加热区面积与横向相关样品面积相同，横向相关样品面积远小于板上的总样品面积，并且小于板的面积。冷却区的面积为1mm2、1mm2、1mm2、1mm2、1mm2、1mm2、1mm2、1mm2、1mm2、1mm2、1mm2、1mm2、1mm2、1mm2，
冷却区可以具有不同的形状。在某些实施例中，在一个板上存在一个以上冷却区，且冷却区通过低导热性材料(比如空气或塑料)而彼此分离。
H.高K和/或高热导率与容量之比(KC比)的加热区
因为通过将浪费的能量和横向热传导的非样品材料的任何热传导具有比垂直热传导长得多的热路径，所以应当最小化在非样品材料中的横向热传导中浪费的能量。使这种浪费的能量最小化的一种方法是在加热区中使用热导率与容量(KC)比的材料，对于给定的热导率、给定的温度变化和给定的几何形状，这将需要少得多的热能。
在一些实施例中，用于加热层的KC比材料等于或高于0.1cm2/sec、0.2cm2/sec、0.3cm2/sec、0.4cm2/sec、0.5cm2/sec、0.6cm2/sec、0.7cm2/sec、0.8cm2/sec、0.9cm2/sec、1cm2/sec、1.1cm2/sec、1.2cm2/sec、1.3cm2/sec、1.4cm2/sec、1.5cm2/sec、1.6cm2/sec、2cm2/sec、3cm2/sec，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选实施例中，加热层的KC比在0.5cm2/sec和0.7cm2/sec、0.7cm2/sec和0.9cm2/sec、0.9cm2/sec和1cm2/sec、1cm2/sec和1.1cm2/sec、1.1cm2/sec和1.3cm2/sec、1.3cm2/sec和1.6cm2/sec、1.6cm2/sec和2cm2/sec，或2cm2/sec和3cm2/sec之间的范围内。
在一些实施例中，高热导率(即，高K)材料用于加热层，并且高K材料的热导率等于或大于50W/(m·K)、80W/(m·K)、100W/(m·K)、150W/(m·K)、200W/(m·K)、250W/(m·K)、300W/(m·K)、350W/(m·K)、400W/(m·K)、450W/(m·K)、500W/(m·K)、600W/(m·K)、1000W/(m·K)、5000W/(m·K)，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选实施例中，高热导率(即，高K)材料用于加热层，并且高K材料的热导率在50W/(m·K)至100W/(m·K)、110W/(m·K)至200W/(m·K)、200W/(m·K)至400W/(m·K)、400W/(m·K)至600W/(m·K)或400W/(m·K)至5000W/(m·K)的范围内。
在一些实施例中，高K材料选自金属、半导体，并且允许高于50W/(m·K)的热导率，以及任何组合(包括任何混合物)。在一些实施例中，高K材料选自金、铜、银和铝，以及任何组合(包括任何混合物)。在一些实施例中，高K材料选自碳颗粒、碳管、石墨、硅和任何组合(包括任何混合物)。
为了通过加热区(层)接收光能，将使用热辐射增强表面(在加热区的一侧或两侧)。热辐射吸收增强表面可以通过直接改变表面的结构(例如图案化纳米结构)、涂覆高热辐射材料(例如涂覆黑色涂料)或两者来实现。
热辐射增强表面具有高的平均光吸收率(例如，在我们的实验中使用的黑色涂料)。在某些实施例中，加热区的表面的平均吸光率为30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、100％，或者在任何两个值之间的范围内。
在某些优选实施例中，加热区的表面的平均吸光率在30％至40％、40％至60％、60％至80％至90％或90％至100％范围内。
在一些优选的实施例中，加热区的表面的平均吸光率在30％至100％、50％至100％、70％至100％，或80％至100％范围内。
在某些实施例中，加热区的表面的平均光吸收率的值是通过取400nm至800nm、700nm至1500nm、900nm至2000nm或2000nm至20000nm的波长范围的平均值而得到的。
增加的热辐射冷却
在某些实施例中，通过在热循环期间增加样品和样品保持器的总冷却中的热辐射冷却百分比(即，将热量移到环境中)，优选地通过使用高热导率材料作为热辐射冷却的材料，来实现快速温度循环。一个原因是通过横向热传导的冷却需要加热多种非样品材料、浪费能量。另一个原因是热辐射冷却与温度的四次幂成正比，并且可以比薄膜中的热传导更有效。
为了增强热辐射冷却，在某些实施例中，热辐射冷却使用被增强用于热辐射冷却的冷却层(冷却区)。该增强包括(i)增加冷却区(层)的热导率、(ii)扩大冷却区(层)的面积、(iii)增强冷却区的表面热辐射，和(iv)它们的组合。
高热导率材料的示例是金属(比如金、银、CoBr、铝)、半金属、半导体(例如硅)或其组合。
为了进一步增强冷却区(层)的热辐射，将使用热辐射增强表面(在冷却区的一侧或两侧)。热辐射增强表面可以通过直接改变表面的结构(例如图案化纳米结构)、涂覆高热辐射材料(例如涂覆黑色涂料)或两者来实现。
热辐射增强表面具有高的平均光吸收率(例如，在我们的实验中使用的黑色涂料)。在某些实施例中，冷却区的表面的平均光吸收率为30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、100％，或在任何两个值之间的范围内。
在某些优选实施例中，冷却区的表面的平均光吸收率在30％至40％、40％至60％、60％至80％至90％，或90％至100％范围内。
在一些优选的实施例中，冷却区的表面的平均光吸收率在30％至100％、50％至100％、70％至100％，或80％至100％范围内。
在某些实施例中，冷却区的表面的平均光吸收率的值是通过取400nm至800nm、700nm至1500nm、900nm至2000nm或2000nm至20000nm的波长范围的平均值而得到的。
在某些实施例中，表面热辐射增强层是黑色涂料、等离子体结构、纳米结构或其任何组合。
高热辐射材料是人眼看起来黑色的聚合物混合物(通常称为“黑色涂料”)。高热辐射材料包括但不限于聚合物和纳米颗粒的混合物。纳米颗粒的一个示例是黑碳纳米颗粒、碳、纳米管、石墨颗粒、石墨烯、金属纳米颗粒、半导体纳米颗粒或其组合。
高热辐射材料还包含沉积或制成在层表面上并通过人眼看起来黑色的材料。该材料包括但不限于炭黑纳米颗粒、碳、纳米管、石墨颗粒、石墨烯、金属纳米颗粒、半导体纳米颗粒或其组合。
等离子体结构包括纳米结构的等离子体结构。
在一些实施例中，冷却层包含具有表面热辐射增强层的高热导率金属(50W/(m·K)或更高)层。在一些实施例中，表面热辐射增强层具有低横向热导率，这归因于超薄层、低热导率或两者。
热辐射冷却百分比。
在某些实施例中，热辐射冷却是通过增加辐射冷却层(即，高K材料，除非另有说明)的面积来实现的，并且辐射冷却层面积是相关样品的横向面积大1.2、1.5、2、3、4、5、10、20、30、40、50、60、70、80、100、200、300、400、500、600、700、800、800、1,000、2000、5000、10,000、100,000，或者在任何两个值之间的范围内的倍数。
在优选的实施例中，辐射冷却区(层)的面积比相关样品的横向面积大1.2至3、3至5、5至10、10至50、50至100、100至500、500至1,000、1000至10,000或10,000至100,000倍。
在一些实施例中，在热循环过程中，由冷却区(层)进行的热辐射冷却与样品和样品保持器的总冷却的比率为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选实施例中，在热循环过程中，冷却区(层)的热辐射冷却与样品和样品保持器的总冷却的比率在10％和20％、20％和30％、30％和40％、40％和50％、50％和60％、60％和70％、70％和80％、80％和90％，或90％和99％之间的范围内。
J.冷却层厚度控制
在某些实施例中，冷却层厚度的厚度被配置为促进局部地优化加热和/或优化能量效率。如果冷却区(层)太厚，则较大百分比的加热能将被冷却层浪费、延长了加热时间(对于给定的加热功率)。在另一个方面，如果冷却区太薄，则冷却时间将明显更长。因此，应当针对快速加热和冷却来优化冷却层厚度。
通过实验发现，高K冷却层的厚度可以调节冷却速率。通过选择合适的高K冷却层厚度与合适的LED功率密度，可以实现快速加热和冷却。
由于层的热导率与材料的热导率乘以层厚度成比例，所以应该优化该产品。
在一些实施例中，冷却区(层)的热导率乘以其厚度为6×10-5W/K、9×10-5W/K、1.2×10-4W/K、1.5×10-4W/K、1.8×10-4W/K、2.1×10-4W/K、2.7×10-4W/K、3×10-4W/K、1.5×10- 4W/K，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选实施例中，冷却区(层)的热导率乘以其厚度在6×10-5W/K至9×10-5W/K、9×10-5W/K至1.5×10-4W/K、1.5×10-4W/K至2.1×10-4W/K、2.1×10-4W/K至2.7×10-4W/K、2.7×10-4W/K至3×10-4W/K，或3×10-4W/K至1.5×10-4W/K的范围内。
在某些优选实施例中，冷却区(层)的热导率乘以其厚度在9×10-5W/K至2.7×10- 4W/K、9×10-5W/K至2.4×10-4W/K、9×10-5W/K至2.1×10-4W/K或9×10-5W/K至1.8×10-4W/K的范围内。
在一个实施例中，冷却区包含厚度在200nm到800nm范围内的金材质的层。在另一个实施例中，冷却区包含厚度在300nm到700nm范围内的金材质的层。
K.样品与加热区或冷却区之间的大电导
为了快速加热和冷却样品，在相关样品和加热层和/或冷却层之间的每单位面积热传导应该很大。单位面积的热传导等于传导率(单位体积)除以HC层和样品之间的材料的材料厚度。例如，对于100nm厚的PS作为在一个表面上具有HC层并且在另一个表面上具有样品的第二板，HC层与样品之间的电导率为-1000W/(m2·K)。
基于实验，在RHC卡的一些实施例中，加热区和相关样品之间的材料具有被配置为约1000W/(m2·K)或更高的热导率和厚度。
在RHC卡的一些实施例中，加热区和相关样品之间的材料具有热导率和厚度，该厚度被配置为具有等于或大于1000W/(m2·K)、2000W/(m2·K)、3000W/(m2·K)、4000W/(m2·K)、5000W/(m2·K)、7000W/(m2·K)Km2·K)、10000W/(m2·K)、20000W/(m2·K)、50000W/(m2·K)、50000W/(m2·K)、100000W/(m2·K)，或在任何这些值的范围内的单位面积电导率。
加热区和相关样品之间的材料的每单位面积的优选电导率在1000W/(m2·K)至2000W/(m2·K)、2000W/(m2·K)至4000W/(m2·K)、4000W/(m2·K)至10000W/(m2·K)，或10000W/(m2·K)至100000W/(m2·K)的范围内。
在另一优选实施例中，加热区和相关样品之间的距离为零，因此加热区和相关样品之间每单位面积材料的电导为无穷大。
在某些实施例中，加热层或冷却层通过热导率在0.1W/(m·K)至0.3W/(m·K)范围内的薄塑料板(或膜)与相关样品分离，并且薄塑料层的厚度为0nm、10nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、1μm、2.5μm、5μm、10μm、25μm、50μm、75nm、100μm、150μm，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选实施例中，将相关样品与加热层或冷却层分离的薄塑料板(或膜)的厚度为0nm至100nm、100nm至500nm、500nm至1μm、1μm至5μm、5μm至10μm、10μm至25μm、25μm至50μm、50μm至75μm、75μm至100μm，或100μm至150μm。
在RHC卡的一个优选实施例中，将相关样品与加热层或冷却层分离的薄塑料板(或膜)的厚度为1nm、10nm、0.1μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm、20μm、25μm或在任何两个值之间的范围内。
L.相对试剂的较小横向扩散
为了在温度变化或热循环期间使相关样品体积中的生化反应基本均匀，相关样品的平均横向面积应明显大于用于分子扩增和/或反应的核酸和/或其他试剂的横向扩散。这样，在温度变化或热循环期间，相关样品体积内的大多数分子没有足够的时间扩散出相关样品体积，而相关样品体积外的大多数分子没有足够的时间扩散入相关样品体积。
考虑到对于分子量约600Da的分子，热循环持续时间为3分钟、扩散常数为-1×10- 6cm2/s、扩散长度为-130μm。
在某些实施例中，在热循环或反应期间，相关样品体积的平均横向尺寸与试剂的扩散长度之比等于或大于5、6、7、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、500、1000、5000、10000、100000，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选的实施例中，在热循环或反应期间，相关样品体积的平均横向尺寸与试剂的扩散长度之比在5至10、10至30、30至60、6至100、100至200、200至500、500至1000、1000至5000、5000至10000或10000至100000的范围内。
在一些优选的实施例中，在热循环或反应期间，相关样品体积的平均横向尺寸与试剂的扩散长度之比在5至10、10至30、30至60、6至100、100至200、200至500、500至1000、1000至5000、5000至10000或10000至100000的范围内。
在某些优选实施例中，相关体积的平均横向尺寸为1mm、2mm、3mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、12mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm、70mm、100mm、200mm，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些优选实施例中，相关体积的平均横向尺寸在1mm至5mm、5mm至10mm、10mm至20mm、20mm至40mm、40mm至70mm、70mm至100mm或100mm至200mm的范围内。
在另一优选实施例中，相关体积的平均横向尺寸在1mm至5mm、1mm至10mm或5mm至20mm的范围内。
M.无封边或简单封边
为了简化样品保持器的操作和成本，在某些实施例中，在限定样品的两个板之间没有密封；即，夹在板之间的样品可以从样品边缘蒸发到环境中。然而，在我们的实验中，我们发现在我们的样品卡配置中，由于横向样品面积与样品边缘面积的大比率，这种蒸发相对于总样品体积是可忽略的；这些板防止了大部分蒸发。
在一些实施例中，可以在一个或两个板上放置封闭环间隔件或一些不连续的间隔件壁，以减少或消除样品蒸发。
P-2强制式空气冷却
在某些实施例中，在RHC卡附近存在强制式空气冷却/循环系统以加速冷却过程。强制式空气冷却系统的示例包括但不限于使冷空气在卡附近循环的风扇、使冷空气在卡附近循环的若干风扇、冷却卡附近的空气的冷却源、直接接触卡的冷却垫或其组合。
在某些实施例中，存在冷却卡片顶表面上的空气的强制式空气冷却/循环系统。
在某些实施例中，存在冷却卡片底表面上的空气的强制式空气冷却/循环系统。
在某些实施例中，存在冷却围绕卡的所有表面的空气的强制式空气冷却/循环系统。
2.机械结构设计
N.活动板和挤压开放流、铰链、开放凹口、凹槽边缘和滑块
为了简单地装载样品，在本发明的某些实施例中，RHC卡的两个板可相对于彼此移动成不同的配置。将样品沉积在板的开放构造，然后将板按压成封闭构造。在按压过程中，样品将在板之间流入薄层中，并且该流动被称为“挤压开放流动”，因为在板之间存在允许样品流动的足够空间。
在某些实施例中，用于调节样品厚度的空间被添加在一个或两个板上，因此用于快速改变流体样品的温度的装置包含：
第一板(10)、第二板(20)、加热层(112-1)和冷却层(112-2)，其中：
第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造；
第一板和第二板中的每个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；其中样品接触区域彼此面对、以200μm或更小的平均间距分离，并且能够将样品夹在它们之间；
加热层：
被定位在其中一个板的内表面、外表面或内侧上，
被配置为加热样品的相关体积，其中该样品的该相关体积是正被加热至期望温度的样品的一部分或全部；以及
冷却层：
位于其中一个板的内表面、外表面或内侧上；
被配置为冷却相关样品体积；以及
包含热导率与热容比为0.6cm2/sec或更大的材料层；
其中其中一种构造是开放构造，其中：这两个板是部分或完全隔开的并且这些板之间的平均间距是至少300μm；
其中这些构造中的另一种构造是闭合构造，在将流体样品沉积在开放构造中的一个或两个样品接触区域上之后再配置该闭合构造；并且在闭合构造中：样品的至少一部分被两个板限定成层，其中平均样品厚度为200μm或更小；并且
其中，在一些实施例中，加热层和冷却层是具有加热区和冷却区的相同材料层，并且其中加热区和冷却区可以具有相同面积或不同面积。
在一些实施例中，具有可移动板的样品保持器(也称为“RHC卡”或“Q卡”)还包含铰链、凹口、凹槽，其有助于促进样品保持器的操纵和样品的测量。此外，样品保持器可以滑入滑块中。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、滑动件和挤压开放流体的结构、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。
间隔件(13)
在某些实施例中，如实施例SH-5中所述的间隔件将用于调节样品厚度并使厚度均匀。即使当两个板都非常薄(例如25μm厚或更薄)时，也允许间隔件获得均匀的样品厚度。
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，并且间隔件与第一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12A所示)。在一些实施例中，一个或两个板包括孔(例如，如图12B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，或者在任何两个值之间的范围内。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。
在一些实施例中，一个或两个板具有孔，并且大部分或全部样品仅在一个板的孔内并被其他板(图中未示出)覆盖。
P.样品盒和热传导隔离
在某些实施例中，RHC卡(样品保持器)可以进一步安装在样品盒上。盒可被配置为滑入或滑出基座(也称为“转接器”)。基座容纳电源、温度传感器和控制器、信号测量装置，以及用于具有或不具有盒的样品保持器的槽，以滑入或滑出基座。
在一些实施例中，样品保持器、盒(即，样品保持器支撑件)或两者是“热传导隔离的”，即，它们在热循环期间不具有或几乎不具有到环境的热传导。在这种情况下，热循环中的冷却基本上是通过热辐射(这被称为“无传导传热”)。在一些实施例中，该“热传导隔离”是在该样品保持器、该盒或两者中通过配置它们的材料、几何形状(包括厚度减小)或两者来实现的。
Q.以上组合
RHC卡的实施例可以是SH-1、SH-2、SH-3以及A到P的子部分中描述的规范的任何组合。
R.加热源
RHC卡中的加热层或加热/冷却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/冷却层。
S.基座(即转接器)
在一些实施例中，该装置还包含基座(转接器)，该基座被配置为容纳样品卡、加热源、温度传感器、整个温度控制的一部分(在一些实施例中包括智能手机)、额外的散热器(可选地)、风扇(可选地)或其组合。在一些实施例中，转接器包含卡槽、样品卡或样品盒可以插入该卡槽中。在一些实施例中，样品卡或样品盒在完全插入槽中之后，或者在到达槽中的预定位置之后，被稳定并且保持在适当位置而没有任何移动。
T.智能手机
在一些实施例中，使用智能手机对样品卡成像、控制加热和/或冷却、感测信号、使用相机监视操作、用闪光灯提供光/能量、与通过系统中的基座(转接器)集成的本地或远程装置通信，或其组合。
U.等温核酸扩增的应用
稍加修改的本发明还提供了用于等温核酸扩增的有用装置和方法，其中样品温度需要从环境温度上升到升高的温度(即65℃)并在该温度下保持一段时间(即5-10分钟)。在一些实施例中，等温核酸扩增检测所需的修饰之一是减少或消除冷却区/层，从而减少从样品和/或样品保持器到环境的热能损失。
稍加修改的本发明提供了用于逆转录聚合酶链式反应的有用装置和方法，其在常规PCR之前包含等温过程，其中样品温度需要从环境温度上升到升高的温度(即50℃)并在该温度下保持一段时间(即5-10分钟)。稍加修改的本发明提供了使PCR交叉污染最小化的有用装置和方法，如使用dUTP和尿嘧啶-DNA N-糖基化酶的方法，其中样品温度需要从环境温度上升到升高的温度(即50℃)并在该温度下保持一段时间(即1-20分钟)。
某些实施例的实验
已经通过实验测试了本发明的某些实施例。本文展示了一些实验结果。
在我们的一些实验中，图18A所展示的装置包含样品保持器(例如RHC卡)、由透镜聚焦到样品保持器的(～5mm×5mm)区域上的LED光源(即能量源)，以及由导热绝缘材料制成的样品保持器支撑件(图18A中未示出)。样品保持器支撑件在第二板的两个相对边缘处(例如，围绕第二板的周边)支撑-2mm的边缘。没有额外的散热器，并且热量主要辐射到开放环境(例如房间)中。
在本部分描述的实验中，样品保持器包含第一板、第二板和加热/冷却层。其中一个板具有间隔件。第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造；其中一种构造是开放构造，其中两块板相隔至少300μm的平均距离。在开放构造中，样品沉积在其中一个板上。然后将另一张卡放置在样品的顶部，用手将两块板按压成闭合构造。在闭合构造中，间隔件调节两个板之间的距离，因此通过两个板和间隔件来调节样品厚度。通过使用适当的间隔件和板(参见说明书的其他部分)，闭合构造下的样品厚度可以在大的面积上是均匀的并且接近间隔件高度。实验发现，即使手按压力、压力和顺序(先按压RHC卡的一个区域，然后再摩擦RHC卡的另一个区域)不同，然而样品厚度也是均匀的。
第一板由-50μm厚、20mm宽和20mm长的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)膜制成。
第二板是呈20mm宽的正方形和25μm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。第二板在其内表面上具有30μm高、30μm×40μm尺寸和80μm间隔件间距的柱状间隔件的周期性阵列。间隔件具有均匀的高度和平坦的顶表面(注意，可以使用其他类型的间隔件，并将在后面描述)。固定在板上的间隔件通过平坦PMMA板的直接压印制造(其他制造方法也是可能的)。
实验测试了在第二板的外表面或内表面上的不同材料和几何形状的各种加热/冷却层。一个示例(如图18A所示)是加热/冷却层位于第二板的外表面上，并覆盖整个第二板外表面。加热/冷却层包含Au(金)膜和黑色涂料层。金膜的一个表面与第二板外表面接触，而另一个表面涂有黑色涂料。黑色涂料是由黑色碳纳米颗粒和聚合物混合物组成的膜的商业产品。黑色涂料的平均厚度为-9μm(-2μm厚度变化)。黑色涂料层可以直接面向入射LED光，如图19所展示。在Au膜和第二板外表面之间，存在5nm的Ti粘附层，这改善了Au和第二板之间的粘附。但是粘合层是可选的，并且由于粘合层的厚度薄，对样品保持器的热性能的影响很小或没有影响。
加热源可以是中心波长为450nm的蓝色发光二极管(LED)。如图19所展示，根据一些实施例，使用透镜将来自LED的光投射到加热/冷却层，但是仅投射到加热/冷却层的中心区域上，并且通常加热/冷却层上的尺寸(即面积)的LED光斑为大约5mm×5mm。如后面所示，对于给定的样品卡和样品厚度，只有LED加热点上的样品可以改变和/或达到设计的温度。因此，加热区面积为约5mm×5mm。在一些实施例中，与作为第一板的整个面积的冷却区面积相比，冷却区面积可以比加热区面积大大约16倍(即，高KC/H比＝16)。
LED加热源由能够以小于100ms的时间改变LED电流的电源供电。在一些实施例中，使用非球面聚光镜来聚焦LED光，并且透镜具有12mm的直径、10.5mm的焦距和0.54的数值孔径(N.A.)。
温度敏感染料(LDS698)监测加热区中样品的温度(即由LED直接辐射的区域)。光电检测器用于监测温度敏感染料和反馈，以控制LED电流并因此控制LED加热源和加热区温度。
在下述实验(实验1至实验12)中，除非另有说明，否则样品保持器通过在第二板的两个相对边缘处支撑-2mm边缘来支撑样品保持器，因此样品保持器是与外部隔离的热传导，样品保持器的冷却主要是通过热辐射冷却。热辐射冷却主要由H/C层提供，因为样品和板是不良的热辐射器并且具有比H/C层低得多的热传导。热辐射冷却将热能辐射到开放环境(即房间)中。
在我们的实验中，将-5μL具有接近水的热性质的液体样品沉积在两个板之间并且大约沉积在板表面的中心区域。首先将样品滴落在RHC卡的一个板上，然后将另一个卡放置在样品的顶部，并且手动将两个板按压成闭合构造。由于板上的间隔件，当两个板处于闭合构造时，通过30μm高度的间隔件阵列将两个板之间的间隔调节至30μm的间隔，并且甚至在不同的手按压力、压力和顺序(首先按压一个区域，然后摩擦到RHC卡的另一区域中)下也发现样品厚度均匀。为了通过人手按压获得良好的样品厚度，在本发明的实际使用中提供了几个优点。
对于两个板之间的-5μL样品，样品具有30μm的厚度与-166mm2的面积(大约-13mm乘-13mm2-样品横向形状受到板上的间隔件的影响，如图18B的俯视图所展示)。在一些实施例中，总样品面积比加热区面积大-6.6倍以上(-5mm×5mm)。实验发现利用这种设置，只有加热区上方的样品的饮料被加热到所需温度。即，被加热的样品部分的面积(体积)约为总样品面积(体积)的1/6。
此外，在该设置中，在样品盘的边缘没有物理壁，而仅有空气。然而，如后面所述，我们发现30个循环的PCR之前和之后的样品盘直径变化不大(即几乎看不到肉眼的差异)，这是指即使没有物理壁(除了气-液界面)封闭液体样品，样品蒸发也几乎可以被忽略。
在该实验部分中使用的所有间隔件都是固定在一个板上并且具有能够接触另一个板的平坦顶部的柱。
在我们的实验中，液体样品沉积在一个板上，然后将第二个板放在样品的顶部。用人手将板按压在一起。在手按压期间，铺展样品以在板之间形成膜。由于板上的间隔件(具有均匀高度)，即使用手按压，最终的样品厚度也是均匀的，并由两个板面和间隔件高度来调节。此外，在样品达到最终厚度并且移除手按压力之后，样品保持器的两个板通过液体样品的毛细力彼此“自”保持以“自”维持恒定的样品厚度。此外，即使在65-95℃的热循环期间，毛细管力仍然保持样品厚度恒定。这种不使用任何夹具的自采样保持可以大大简化装置操作和成本。
实验1
不同H/C层材料的光吸收
在一个实验中，研究了用于H/C层的材料对LED光吸收的影响。
用于加热/冷却(H/C)层的不同材料的光吸收谱。实验测试了用于450nm的LED照射的四种不同H/C层材料的光学吸收光谱(即1-R(光反射))：仅500纳米厚的Au(金)(即没有黑色涂料)、仅400纳米厚的Al(铝)、具有黑色涂料(9微米厚)的Au(500纳米厚)和具有黑色涂料(9微米厚)的Al(400纳米厚)。我们发现，如图20所示，涂覆Au和Al的黑色涂料在400至800nm的整个波长范围内的光吸收为-99％，最大为73％(在-490nm波长处)，并且仅Au在490nm的波长之后小得多；并且仅针对Al，在400nm至800nm带宽上为0.1％。这是指在我们的实验中使用的9μm厚的黑色涂料极大地增强了H/C层的光吸收和辐射。
实验2
加热区面积尺寸测量
在另一个实验中，测量HC层上加热区的面积。实验发现由于从HC层到板和样品的垂直热传递比板、甚至具有HC层的样品中的横向热传导要好若干数量级。样品中加热区的面积与HC层上的LED照射面积大致相同。
经实验，样品保持器卡(如图18A所示)具有50μm厚的PMMA板的第一板、25μm厚的PET的第二板、由间隔件控制的30μm厚的样品缺口，并且金材质的H/C层在第二板的外表面上。第一板、第二板和金/黑漆HC层具有20mm×20mm的相同面积。HC层包含500nm厚的Au(金)膜和黑色涂料层。金膜的一个表面与第二板外表面接触，而另一个表面涂有黑色涂料。黑色涂料是由黑色碳纳米颗粒和聚合物混合物组成的膜的商业产品。黑色涂料的平均厚度为-9μm(-2μm厚度变化)。投射在H/C层的-5mm×5mm加热区上的LED加热功率为300mW。该样品是一种在60％水和40％DMSO中浓度为2mg/mL的5μL的液体温度敏感染料LDS698。温度敏感染料允许我们光学地测量样品温度。RHC卡上的5μL样品比加热区面积大得多，具有30μm的厚度与-167mm2的面积。热循环在65℃和95℃之间。
我们已经通过实验观察到，对于给定的条件，在热循环(65-95℃)中，基于测量温度敏感染料，对于167mm2的样品面积，只有LED直接照射顶部的样品区域(-5mm×5mm)具有热循环(65-95℃)，而样品区域的其余部分保持接近室温的几乎恒定的温度(即环境温度(例如-20℃)。样品中的热循环区大约是总样品面积的1/6。从样品的热循环区到具有环境温度的样品区的转变距离由温度敏感染料测量为约2-3mm。该实验还表明，对于20mm×20mm面积的金/黑漆HC层，仅加热由LED直接照射的样品区域(-5mm×5mm)。即，加热区仅为总HC层的1/16(即，高KC/H比＝16)。如上该，原因是在给定的RHC卡中，从HC层到板和样品的垂直热传递比具有HC层的板和样品中的横向热传导要好若干数量级。
实验3
HC层面积对加热和冷却时间的影响
在另一个实验中，研究了H/C区面积对加热和冷却时间的影响。研究了两种类型的RHC卡。
1型RHC卡使用圆盘形HC层。1型RHC卡可以包括100μm厚的PMMA聚(甲基丙烯酸甲酯)板的第一板、50μm厚的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)的第二板、由间隔件控制的30μm厚的样品缺口，以及在第二板的外表面上的700nm厚的金膜的H/C层。第一板和第二板具有正方形形状和20mm×20mm的相同面积。第二板在其内表面上具有带有30μm的均匀高度、30μmx40μm的尺寸和80μm的间隔件间距的平顶柱状间隔件的周期性阵列。位于第二板的外表面中心的HC层是700nm厚的Au层和针对不同RHC卡具有不同盘直径的圆盘形状。
2型RHC卡使用正方形HC层。2型RHC卡可以包括50μm厚的PMMA板的第一板、50μm厚的PET的第二板、将样品厚度控制到30μm的30μm高的间隔件，并且H/C层是在第二板的外表面上的500nm厚的金膜。第一板具有正方形形状、20mm×20mm的面积，并且在其内表面上具有带有30μm的均匀高度、30μm×40μm的尺寸和80μm间隔件间距的平顶柱状间隔件的周期性阵列。第二板具有正方形形状，并且对于四个不同的HC层具有四个不同的面积。两个第二板对于10mm×10mm和20mm×20mm的HC层面积分别具有20mm×20mm的面积；但其他两个板的分别为30mm×30mm和40mm×40mm的面积与HC层区域的HC层的面积相同。
在测试两种类型的RHC卡时，LED加热功率投射在-5mm×5mm面积的H/C层上以形成加热区并具有300mW的功率。该样品是一种在60％水和40％DMSO中浓度为2mg/mL的5μL的液体温度敏感染料LDS698。温度敏感染料允许我们光学地测量样品局部温度。RHC卡上的5μL样品，比加热区面积大得多，具有30μm厚度(由间隔件调节)和-167mm2的面积。热循环在65℃和95℃之间。
实验数据(如图22和图23所示)表明，随着H/C层面积变大，加热时间增加，但冷却时间减少。对于1型RHC卡，HC层与卡(例如，样品保持器)的机械支撑件没有直接的物理接触，因此冷却循环时间的减少主要是由于HC层的辐射冷却面积的增加引起的HC层的热辐射冷却的增加。
实验4
用500nmAu H/C层实现0.6s加热、0.75s冷却和500mW加热
在另一个实验中，研究了具有30μm的厚度和500mWLED功率的、5μL类水样品的RHC卡(与图18A所示的RHC卡相同)的加热和冷却循环。图21所示的实验数据显示了加热时间为0.65秒(平均温度升高速率43℃/秒)、冷却时间为0.75秒(平均温度下降速率37℃/秒)的65℃至93℃之间的10次循环。
实验5
(H/C层厚度对加热和冷却时间的影响)
在一个实验中，研究了H/C金材质的层厚度对加热和冷却时间的影响。
示例性RHC卡具有100μm厚的PMMA板的第一板、50μm厚的PET的第二板、30μm厚的间隔件阵列以控制样品厚度，并且金材质的H/C层位于第二板的外表面上。第一板、第二板和金材质的HC层具有20mm×20mm的相同面积。投射在H/C层的-5mm×5mm加热区上的LED加热功率为300mW。RHC卡上的5μL类水样品比加热区面积大得多，具有30μm的厚度与-167mm2的面积。热循环在65℃和95℃之间。
图24A和24B所示的实验数据显示随着HC层的金厚度从300nm变化到700nm，热循环中的加热时间略微增加(从1.75秒到1.90秒)，但是热循环中的冷却时间随着金厚度而减少(从1.5秒到1.3秒)。
冷却循环时间随着金厚度而缩短。这表明(a)金材质的HC层热辐射冷却在样品的冷却中是重要的，和(b)热辐射冷却涉及从样品通过金热传导到金表面用于辐射。金越厚，从样品到金材质的HC层边缘的热传导越好。
加热循环时间随着金厚度的增加而变长。显然，较厚的金会增加总加热能。但是在该实验中，LED仅将-5mm×5mm的相关样品面积和金材质的HC层面积加热到最大循环温度，并且金的热质量较小(由于厚度薄)，因此总加热能的增加较小，导致加热循环随着金厚度的增加而微弱地增加。
实验6
(加热/冷却层与样品距离对加热和冷却时间的影响)
在另一个实验中，研究了HC层和样品之间的距离对加热和冷却时间的影响。
示例性RHC卡具有100μm厚的PMMA板的第一板、对于不同RHC卡具有不同厚度的PET膜的第二板、由间隔件控制的30μm厚的样品厚度，并且HC层由裸露的0.5μm厚的金制成并且位于第二板的外表面上。第一板、第二板和金材质的HC层具有20mm×20mm的相同面积。投射在H/C层的-5mm×5mm加热区上的LED加热功率为300mW。RHC卡上的5uL类水样品比加热区面积大得多，具有30μm的厚度与-167mm2的面积。热循环在65℃和95℃之间。
HC层和样品之间的距离是与第二板表面接触的金表面和与另一第二板表面接触的样品表面之间的距离(即金与样品的距离)。
图25B和25C所示的样品数据显示当第二板的厚度从25μm变化(从而是金到样品距离)到1000μm时，加热循环时间和冷却循环时间都增加，然而加热循环时间随着第二板厚度增加得远比冷却循环时间明显。
数据表明，随着第二板厚度的增加，加热和冷却第二板所需的能量将明显增加，并且样品和HC层之间的热传导明显降低。
为了快速加热和冷却，应该减小第二板(其被样品和HC层物理地夹在中间)的厚度，第二板应该尽可能薄。第二板的优选厚度为25nm或更小。第二板的另一优选厚度为10nm或更小。
实验7
(样品厚度对加热和冷却时间的影响)
在另一个实验中，研究了夹在两块板之间的样品厚度对加热和冷却时间的影响。
示例性RHC卡具有100μm厚的PMMA板的第一板、25μm厚的PET膜的第二板、用于控制样品厚度的间隔件的周期性阵列，并且HC层由裸露的0.5μm厚的金制成并且在第二板的外表面上。对于每个不同的RHC卡，类水样品具有不同的缺口(即厚度)。第一板、第二板和金材质的HC层具有20mm×20mm的相同面积。投射在H/C层的-5mm×5mm加热区上的LED加热功率为300mW。RHC卡上的类水样品比加热区面积大得多，具有-167mm2的面积。热循环在65℃和95℃之间。
图27A和27B显示，当样品厚度从10μm变化到100μm时，加热循环时间和冷却循环时间都增加，然而加热循环时间随着第二板厚度增加得远比冷却循环时间明显。
数据表明，样品厚度的增加将导致加热和冷却样品所需能量的明显增加。
为了快速加热和冷却，应尽可能减小样品厚度。样品的优选厚度为30μm或更小。样品的另一优选厚度为10μm或更小。样品的另一优选厚度为5μm或更小。
实验8
LED功率对加热和冷却时间的影响
在另一个实验中，研究了LED功率对加热和冷却时间的影响。示例性RHC卡具有50μm厚的PMMA板的第一板、25μm厚的PET的第二板，并且HC层位于第二板的外表面上。第一板、第二板和金/黑漆HC层具有20mm×20mm的相同面积。第一板在其内表面上具有高度为30μm、横截面尺寸为30μm×40μm、间隔件间距为80μm的间隔件的周期性阵列。HC层包含500nm厚的Au(金)膜和黑色涂料层。金膜的一个表面与第二板外表面接触，而另一个表面涂有黑色涂料。黑色涂料是由黑色碳纳米颗粒和聚合物混合物组成的膜的商业产品。黑色涂料的平均厚度为-9μm(-2μm厚度变化)。
由蓝色(450nm峰值波长)LED提供的加热功率被投射到H/C层的-5mm×5mm加热区上，并且功率从100mW变化到500mW。该样品是一种在60％水和40％DMSO中浓度为2mg/mL的5μL的液体温度敏感染料LDS698。温度敏感染料允许我们光学地测量样品温度。RHC卡上的5μL样品比加热区面积大得多，具有30μm的厚度与-167mm2的面积。
图27A所示的实验数据示出了加热时间和加热源功率之间的关系，示出了在RHC卡上用100mW到500mW的加热LED功率强度，从65℃加热到93℃所需的时间的实验数据。
图27B所示的实验数据示出了冷却时间和加热源功率之间的关系，示出了从93℃冷却到65℃所需的时间。加热/冷却时间结果也示于表1中。
实验数据表明，对于给定的样品保持器(即RHC卡)，随着LED功率从100mW增加到500mW，热循环时间从14秒下降到0.4秒，而冷却循环时间几乎恒定。
实验数据表明，对于低加热功率(即，低加热功率密度)，输送固定量的能量将花费更长的时间，并且更长的时间将增加热传导和辐射损失中的能量损失，并且因此增加浪费的能量。对于冷却，由于在给定温度下储存在固定体积样品中的热能的量是固定的，不管达到该温度多长时间，冷却时间几乎与加热循环时间无关。
实验表明，为了减少总热循环时间，应增加加热功率。
表1。LED功率对RHC加热和冷却时间的影响
Figure BDA0002375288590000241
实验9
H/C层材料对加热和冷却时间的影响
在另一个实验中，研究了H/C层材料对加热和冷却时间的影响。示例性RHC卡具有50μm厚的PMMA板的第一板、25μm厚的PET膜的第二板、将类水样品调节到30μm厚的间隔件的周期性阵列，以及在第二板的外表面上的HC层。HC层具有针对每个不同的RHC卡的不同的材料。第一板、第二板和HC层具有20mm×20mm的相同面积。投射在H/C层的-5mm×5mm加热区上的LED加热功率为300mW。RHC卡上的5μL类水样品比加热区面积大得多，具有30μm的厚度与-167mm2的面积。热循环在65℃和93℃之间。
图28A和28B中的实验数据显示，对于测试的三种不同HC层材料，对于具有Au(500nm厚)加9μm黑色涂料的HC层的样品保持器，加热周期和冷却循环时间分别为0.75秒和0.75秒，对于仅具有Au(500nm厚)HC层的样品保持器，加热周期和冷却循环时间分别为1秒和1.1秒、对于具有Al(500nm厚)加9μm黑色涂料HC层的样品保持器，加热周期和冷却循环时间分别为1.75秒和1秒。
该实验表明良好的横向热导率在热辐射冷却中的重要性。与具有黑色涂料的金相比，铝加上黑色涂料几乎具有样品光吸收(因此具有辐射)，但是横向导热性差得多，这使得有效热辐射面积少得多，因为热量不能尽可能多地横向扩散。
实验表明，用于HC层的材料的优选实施例是薄金膜加上黑色涂料。
实验10
0.73秒热循环时间的演示(0.23秒加热时间和0.5秒冷却时间)
在另一个实验中，对于65℃至93℃之间的热循环，RHC卡(卡B)经实验显示0.73秒热循环时间(0.23秒加热时间和0.5秒冷却时间)，另一个RHC卡(卡A)经实验显示0.9秒热循环时间(0.3秒加热时间和0.6秒冷却时间)。
图29A展示了根据一些实施例的具有两个板的样品保持器，每个板是具有约10μm厚度、约20mm宽度和约20mm长度的高密度聚乙烯(HDPE)膜。控制样品厚度的间隔件是具有约60mg/mL的浓度的约24μm直径的苏打石灰球。将球形间隔件与样品混合。
图29B展示了具有25μm厚度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜的第一板和10μm厚度的高密度聚乙烯(HDPE)膜的第二板的样品保持器。两个板具有相同的20mm×20mm面积。第一板在其内表面上具有10μm高度、30μm×40μm尺寸和80μm内间隔件间距的间隔件的周期性阵列。
图29A和29B中所展示的两个样品保持器实施例在第二板的整个外表面上具有H/C层。H/C层包含具有500nm厚度的Au膜，其一个表面与第二板外表面接触，并且另一个表面涂有黑色涂料。黑色涂料是由黑色碳纳米颗粒和聚合物混合物组成的膜的商业产品，并且涂覆的膜具有9μm的平均厚度与2μm的厚度变化。
样品是在60％水和40％DMSO中浓度为2mg/mL的液体温度敏感染料LDS698。样品的体积对于图29A中的样品保持器是5μL，对于图29B中的样品保持器是3μL。
加热源是中心波长为450nm的蓝色发光二极管(LED)，其将500mW能量投射到HC层的黑色涂料层上，在第二板的中心形成-5mm×5mm面积的加热区。
实验数据(表2)表明，对于65℃至93℃的热循环，图29A的样品保持器(具有0.3s加热循环时间和0.60s冷却时间，因此总热循环时间为0.90秒；图29B的样品保持器具有0.23s的加热循环时间和0.50s的冷却时间，因此总热循环时间为0.73秒。
表2.1 RHC参数
Figure BDA0002375288590000251
表2.2加热/冷却性能
Figure BDA0002375288590000252
实验11
使用样品保持器和样品转接器对加热和冷却时间的影响
在另一个实验中，研究了使用样品保持器支撑件和样品转接器对加热和冷却时间的影响。
在实验中，将RHC卡放在机械样品卡支撑件(称为“卡支撑件”)上，然后将卡支撑件滑入转接器中。对于以下情况测量热循环时间：(a)仅RHC卡，(b)卡支撑件上的RHC卡，和(c)卡支撑件和卡支撑件上的RHC卡滑入转接器中。
在一些实施例中，样品保持器(如图30A和30B所展示)包含第一板，其为聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)膜，其具有10μm至50μm的厚度、22mm的宽度和27mm的长度。第一板在其内表面上具有间隔件的周期性阵列，间隔件具有30μm的高度、30μm×40μm的截面尺寸和80μm的间隔件间距。
在一些实施例中，第二板是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜或高密度聚乙烯膜，其具有10μm至50μm的厚度、20mm的宽度和27mm的长度。加热/冷却层覆盖第二板的整个外表面。加热/冷却层包含厚度为100nm至500nm的Au膜，该Au膜的一个表面与第二板外表面接触，并且另一个表面涂有黑色涂料。黑色涂料的平均厚度为9μm。
根据一些实施例，卡支撑件(如图30A和30B所展示)包含1mm厚的PMMA板，其宽度为24mm、长度为32mm、在中心具有15mm×15mm的方形孔。使用10至15μm厚的粘合剂将RHC卡和卡支撑件粘合在一起，粘合剂位于RHC卡的黑色涂料和卡支撑件的表面之间，如图30B所展示。
根据一些实施例，卡转接器包含两个U形框架的组件，样品卡可以滑入或滑出U形框架。U形框架中的一个由塑料制成，另一个由铝制成，其中两个U形框架平行于它们之间的缺口组装，并且该缺口是用于样品卡滑动的槽。卡转接器的一个示例是将传统的SD卡连接器切割成U形(从后端切割)。
在测试50nm厚的第一卡和25nm厚的PET第二卡(两者都具有20mm×20mm面积)的RHC卡的热循环时间时，该样品是一种在60％水和40％DMSO中浓度为2mg/mL的5μL的液体温度敏感染料LDS698。将蓝色450nm的LED投射到具有5mm×5mm面积(形成加热区)和300mW功率的黑色涂料上。
图31所示的实验数据表明，对于65℃和93℃之间的热循环，(a)仅对于RHC卡，加热循环时间为0.67秒、冷却循环为0.9秒、总热循环时间为1.57秒；(b)对于卡支撑件上的RHC卡，加热循环时间为0.77秒、冷却循环为0.87秒、总热循环时间为1.64秒；(c)对于卡支撑件上的RHC卡，卡支撑件滑入转接器，加热循环时间为0.93秒、冷却周期为0.7秒、总热循环时间为1.63秒；.
实验数据表明，通过主要基于热辐射冷却进行RHC卡冷却，RHC卡可以由卡支撑件支撑，并且卡支撑件可以插入转接器中，同时将热循环时间增加到小于4％。
实验12
额外的散热器使用效果
在另一个实验中，研究了增加外部散热器对加热和冷却时间的影响。在该实验中，不是让来自RHC卡的热量辐射到环境中，而是使珀尔帖冷却装置与RHC卡的HC层的边缘接触。
RHC卡具有50μm厚的PMMA板的第一板、50μm厚的PET膜的第二板、将样品厚度控制到30μm的间隔件的周期性阵列，且HC层由裸露的0.3μm厚的金制成并且位于第二板的外表面上。第一板具有20mm×20mm的面积。第二板和金材质的HC层具有相同的30mm×30mm的面积。
投射在H/C层的-5mm×5mm加热区上的LED加热功率为500mW。RHC卡上的5μL类水样品比加热区面积大得多，具有30μm的厚度与-167mm2的面积。热循环在65℃和93℃之间。
在一些设置中，提供0℃散热器的珀尔帖冷却器通过使3mm边缘与第二板重叠而与HC层接触或靠近HC层。在参考装置中，没有珀尔帖冷却器。该样品是一种在60％水和40％DMSO中浓度为2mg/mL的5μL的液体温度敏感染料LDS698。
实验数据(表3)表明，在没有珀尔帖冷却器的情况下，RHC卡内的液体从65℃加热到93℃的时间为0.63s，而从93℃冷却到65℃的时间为1.2s，并且珀尔帖冷却器与Au膜接触。RHC卡内液体从65℃加热到93℃的时间增加到0.73s，而从93℃冷却到65℃的时间缩短到0.93s。使用珀尔帖冷却器，总热循环时间从1.83减少到1.66。这通过稍微增加加热循环时间而明显减少冷却循环时间来实现。
表3。RHC卡与额外散热器一起使用的效果
Figure BDA0002375288590000271
样品卡(即RHC卡)
下面给出样品卡的关键部件的某些示例性实施例(即，RHC卡)。
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/冷却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/冷却层加热的区域处的一个优选的平均样品厚度为0.1μm至0.5μm、0.5μm至10μm、10μm至20μm、20μm至30μm、30μm至50μm、50μm至80μm、80μm至100μm或100μm至150μm。
实验13
用RHC卡的实时PCR扩增示例及系统
该实验中的RHC卡具有50μm厚的PMMA板的第一板、25μm厚的PET的第二板、H/C层位于第二板的外表面上。金/黑色涂料HC层具有直径10mm的面积。第一板在其内表面上具有间隔件的周期性阵列。HC层包含薄Au(金)膜和黑色涂料层。金膜具有与第二板外表面接触的一个表面和与黑色涂料接触的另一个表面。黑色涂料是由黑色碳纳米颗粒和聚合物混合物组成的膜的商业产品。黑色涂料的平均厚度为-9μm(-2μm厚度变化)。
用于扩增总体积为20μL的金黄色葡萄球菌基因组DNA的PCR(实时PCR)试剂包含MSSA正向引物、MSSA反向引物和Cy5标记的DNA探针以及AptaTaq DNA缓冲液、AptaTaq聚合酶、MgCl2、dNTP、牛血清白蛋白(BSA)、模板DNA和ddH2O。
在实时PCR实验中，两个阳性RHC卡显示荧光信号相对于循环数的明显增加，特别是在20个循环的扩增后。而一个负RHC卡的荧光信号相对于循环数没有明显增加。在RHC系统中扩增40个循环后，提取RHC卡中的PCR产物并进行核酸凝胶电泳以证实只有两个阳性RHC卡具有成功的扩增带。
样品孔
在某些实施例中，一个或两个板具有样品孔，其中孔调节孔中样品的最大体积并防止样品流入板的其他位置。
板厚度
为了减少第一板和第二板的热质量以及减少板中的横向热传导损失，第一板和第二板的厚度优选是薄的。
在某些实施例中，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，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，第一板或第二板的厚度为10nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、1μm、2.5μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、200μm或500μm、1000μm，或者在任何两个值之间的范围内。
第一板和第二板可以具有相同的厚度或不同的厚度，并且可以由相同的材料或不同的材料制成。
在一些优选实施例中，第一板或第二板的厚度为10nm和500nm、500nm和1μm、1μm和2.5μm、2.5μm和5μm、5μm和10μm、10μm和25μm、25μm和50μm、50μm和100μm、100μm和200μm或200μm和500μm，或500μm和1000μm。
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/冷却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，该第一板的厚度为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。
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是约50μm、约75μm、约100μm、约125μm、约150μm、约175μm或约200μm。
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、3cm2或更小、5cm2或更小、10cm2或更小、20cm2或更小、30cm2或更小、50cm2或更小、100cm2或更小、500cm2或更小、1000cm2或更小、5000cm2或更小、10,000cm2或更小，或在这些值中任何两个之间的范围内任何。
在优选的实施例中，第一板和/或第二板的横向面积在1mm2(平方毫米)至10mm2、10mm2至50mm2、50mm2至100mm2、1cm2至5cm2、5cm2至20cm2、20cm2至50cm2、50cm2至100cm2、100cm2至500cm2、500cm2至1000cm2或1000cm2至10,000cm2的范围内。
在一些实施例中，第一板和第二板具有相同的横向尺寸。在一些实施例中，其中一个板具有与其他板相差10％或更小、30％或更小、50％或更小、80％或更小、90％或更小、95％或更小、99％或更小，或者在任何两个值之间的范围内的面积(取最大的板是计算不同百分比的基础)。
在一些实施例中，第一板和/或第二板具有5mm、10mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、75mm、100mm，或者在这些值中的任何两个值之间的范围内的宽度或长度。
在优选实施例中，第一板和/或第二板具有5mm至10mm、20mm至30mm、30mm至50mm、50mm至75mm或75mm至100mm范围内的宽度或长度。
在一个优选实施例中，板的宽度或长度在5mm到50mm的范围内。在另一优选实施例中，该板具有5mm至50mm范围内的宽度和6mm至70mm范围内的长度。
板用材料
在一些实施例中，用于第一板和第二板的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，用于第一板和第二板的材料包含但不限于无机材料，该无机材料包括氧化硅、瓷、瓷釉(陶瓷)、云母、玻璃、各种金属的氧化物等的介电材料。
在一些实施例中，用于第一板和第二板的材料包含但不限于无机材料，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、石墨、碳纳米管、碳纤维等。
在一些实施例中，用于第一板和第二板的材料包含但不限于金属(例如金、铜、铝等)和合金。
在一些实施例中，用于第一板和第二板的材料由以上列出的多层材料和/或材料的混合物制成。
加热层和冷却层
在某些实施例中，加热层(112-1)和冷却层(112-2)包含高K材料和/或高KC比材料。高K和/或高KC比材料包含材料/结构，比如但不限于金属膜、半导体、半金属、等离子体表面、超材料(例如纳米结构)、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为热能的任何材料/结构及其任何组合。
对于由光学加热源加热的加热层，加热层包含明显吸收来自光学加热源的辐射能量的材料层。明显吸收是指加热/冷却层比样品和板更明显吸收来自光学加热源的辐射能量。
在某些实施例中，加热/冷却层的厚度在50nm至15μm的范围内。在某些实施例中，加热/冷却层包含厚度在100nm至1μm的范围内的高K层。
在一些实施例中，光加热区域的尺寸为约1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、200μm、500μm、1mm、2mm、5mm、10mm、20mm、50mm或100mm，或者在任何两个值之间的范围内。在各种实施例中，光加热区域的尺寸和形状可以变化。
在一些实施例中，加热/冷却层包含耦合点柱天线(D2PA)阵列，比如但不限于2010年5月21日提交的美国临时专利申请号61/347,178、2012年4月10日提交的美国临时专利申请61/622,226、2011年5月20日提交的美国PCT申请号PCT/US2011/037455、2013年3月15日提交的PCT申请号PCT/US2013/032347和2013年6月13日提交的美国专利申请号13/699,270中描述的D2PA阵列，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，可以存在一个以上的加热/冷却层。例如，任何第一或第二板的至少两个表面具有加热/冷却层。
在一些实施例中，加热/冷却层可以是两层材料：一层用于加热、一层用于冷却，并且两层材料可以在第一或第二板中的任一个的相同表面上。对于样品，加热层可以在第二板的外表面上，而冷却层在第一板的外表面或内表面上。甚至冷却层也在第一板的外表面上，只要第一板具有薄的厚度(例如25μm或更小)，这对于冷却样品应该是有效的。
间隔件
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，样品的厚度是作为间隔件高度的样品。在一些实施例中，间隔件固定于其中一个板上。
间隔件功能。在本发明中，间隔件被配置为具有以下功能和性质中的一种或任何组合：间隔件被配置为(1)与板一起控制样品的厚度或样品的相关体积(优选地，厚度控制在相关区域上是精确的或均匀的或两者)；(2)使样品在板表面上具有挤压调节开放流(CROF)；(3)在给定的样品面积(体积)中不占据大量表面积(体积)；(4)降低或提高样品中颗粒或分析物的沉降效果；(5)改变和/或控制板材内表面的润湿性；(6)识别板的位置、尺寸比例和/或与板相关的信息，或(7)进行上述的任何组合。
间隔件结构和形状。为了实现所需的样品厚度减小和控制，在某些实施例中，将间隔件固定在其各自的板上。通常，间隔件可具有任何形状，只要间隔件能够在CROF工艺期间调节样品厚度，但优选某些形状以实现某些功能，比如较好的均匀性、较小的按压过冲等。
间隔件是单个间隔件或多个间隔件(例如阵列)。多个间隔件的一些实施例是间隔件(例如，柱)的阵列，其中间隔件间距是周期性的或非周期性的，或者在板的某些区域中是周期性的或非周期性的，或者在板的不同区域中具有不同的距离。
存在两种间隔件：开放间隔件和封闭间隔件。开放间隔件是允许样品流过间隔件(即样品围绕间隔件流动并通过间隔件)的间隔件。例如，柱作为间隔件)，而封闭间隔件是阻止样品流动(即，样品不能流动超过间隔件，例如，环形间隔件，并且样品在环内)的间隔件。两种类型的间隔件都使用它们的高度来在闭合构造下调整最终样品厚度。
在一些实施例中，间隔件仅仅是开放间隔件。在一些实施例中，间隔件仅仅是封闭间隔件。在一些实施例中，间隔件是开放间隔件和封闭间隔件的组合。
术语“柱状间隔件”是指具有柱状形状的间隔件，并且柱状形状是指具有允许样品在挤压开放流动期间围绕其流动的高度和横向形状的物体。在一些实施例中，间隔件具有平坦顶部(例如，具有平坦顶部以接触板的柱)。
在一些实施例中，柱状间隔件的横向形状是从以下组中选择的形状：(i)圆形、椭圆形、矩形、三角形、多边形、环形、星形、字母形(例如L形、C形、从A到Z的字母)、数字形(例如类似0、1、2、3、4、…至9的形状)；(ii)具有至少一个圆角的组(i)中的形状；(iii)具有之字形或粗糙边缘的组(i)的形状；和(iv)(i)、(ii)和(iii)的任何叠加。对于多个间隔件，不同的间隔件可以具有不同的横向形状和尺寸以及与相邻间隔件的不同距离。
在一些实施例中，间隔件可以是和/或可以包括柱子、柱、小珠、球和/或其他合适的几何形状。间隔件的横向形状和尺寸(即，横向于相应板表面)可以是除了在一些实施例中的以下限制外的任何形状和尺寸：(i)间隔件几何形状不会在测量样品厚度与体积时引起明显误差；或者(ii)间隔件几何形状不会阻止样品在板之间流出(即它不是封闭形式)。但是在一些实施例中，它们需要一些间隔件是封闭的间隔件以限制样品流动。
在一些实施例中，间隔件的形状具有圆角。例如，矩形间隔件具有一个、几个或所有圆角(如圆形而不是90度角)。圆角通常使得间隔件的制造更容易，并且在一些情况下对生物材料的损伤更小。
柱的侧壁在侧壁的不同部分可以是直的、弯曲的、倾斜的或不同形状的。在一些实施例中，间隔件是具有各种横向形状、侧壁以及柱高度与柱横向面积比的柱。
在优选实施例中，间隔件具有用于允许开放流动的柱的形状。
间隔件材料。在本发明中，间隔件通常由能够与两个板一起用于调节样品的相关体积的厚度的任何材料制成。在一些实施例中，间隔件的材料不同于板的材料。在一些实施例中，用于空间的材料至少与用于至少一个板的材料的一部分相同。
间隔件由单一材料、复合材料、多种材料、多层材料、合金或其组合制成。用于间隔件的每种材料是无机材料、有机材料或混合物，其中材料的示例在Mat-1和Mat-2的段落中给出。在优选实施例中，间隔件由与CROF中使用的板相同的材料制成。
间隔件机械强度和柔性。在一些实施例中，这些间隔件的机械强度足够强，使得在这些板的挤压过程中和在闭合构造时，这些间隔件的高度与这些板处于开放构造时的高度相同或明显相同。在一些实施例中，这些间隔件在该开放构造与该闭合构造之间的差异可以被表征和预先确定。
用于间隔件的材料是刚性的、柔性的或两者之间的任何适应性。刚性是相对于用于让板处于闭合构造的给定压力：如果空间在压力下在其高度上不变形大于1％，则间隔材料被认为是刚性的，否则是柔性的。当间隔件由柔性材料制成时，仍然可以根据间隔件的压力和机械性能预先确定闭合构造下的最终样品厚度。
样品内部的间隔件。为了实现期望的样品厚度减小和控制，特别是为了实现良好的样品厚度均匀性，在某些实施例中，将间隔件放置在样品或样品的相关体积内。在一些实施例中，在样品或样品的相关体积内存在一个或多个间隔件，具有合适的间隔件间距。在某些实施例中，样品内部有至少一个间隔件、样品内部或样品的相关体积内部有至少两个间隔件，或样品内部或样品的相关体积内部有至少“n”个间隔件，其中“n”可由样品厚度均匀性或CROF期间所需的样品流动特性来确定。
间隔件高度。在一些实施例中，所有间隔件具有相同的预定高度。在一些实施例中，间隔件具有相同的预定高度。在一些实施例中，间隔件可以被分成组或区域，其中每个组或区域具有其自己的间隔件高度。并且在某些实施例中，间隔件的预定高度是间隔件的平均高度。在一些实施例中，间隔件的高度大致相同。在一些实施例中，间隔件的数量的百分比具有相同的高度。在一些实施例中，在同一板上，一个区域中的间隔件高度不同于另一区域中的间隔件高度。在一些情况下，在不同区域具有不同间隔件高度的板具有测定的优点。
通过所需调节的最终样品厚度与残余样品厚度来选择间隔件的高度。间隔件高度(预定间隔件高度)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、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，间隔件高度和/或样品厚度(i)等于或稍大于分析物的最小尺寸，或(ii)等于或稍大于分析物的最大尺寸。“略大”是指约大1％至5％，并且是两个值之间的任何数值。
在一些实施例中，间隔件高度、板之间的间距和/或样品厚度大于分析物的最小尺寸(例如分析物具有各向异性形状)，但小于分析物的最大尺寸。
例如，红细胞具有最小尺寸为2μm(圆盘厚度)和最大尺寸为11μm(圆盘直径)的圆盘形状。在本发明的实施例中，选择间隔件以使相关区域中板的内表面间隔在一个实施例中为2μm(等于最小尺寸)，在另一个实施例中为2.2μm，或在另一个实施例中为3(比最小尺寸大50％)，但小于红细胞的最大尺寸。这种实施例在血细胞计数方面具有某些优点。在一个实施例中，对于红细胞计数，通过使内表面间隔为2μm或3μm以及两个值之间的任何数值，未稀释的全血样品被限定在该间隔中，平均而言，每个红细胞(RBC)不与其他红细胞重叠，从而允许在视觉上准确计数红细胞。(RBC之间的重叠太多可能导致计数中的严重错误)。
在本发明中，在一些实施例中，当板处于闭合构造时，其使用板和间隔件不仅调节样品的厚度，而且调节样品中分析物/实体的取向和/或表面密度。当板处于闭合构造时，样品的厚度越薄，每表面积的分析物/实体就越少(即表面浓度越小)。
间隔件横向尺寸。对于开放间隔件，横向尺寸可以通过其在x和y两个正交方向上的横向尺寸(有时称为宽度)来表征。间隔件在每个方向上的横向尺寸相同或不同。
在一些实施例中，x与y方向的横向尺寸的比率是1、1.5、2、5、10、100、500、1000、10,000，或在任何两个值之间的范围内。在一些实施例中，使用不同的比率来调节样品流动方向；比率越大，流动沿着一个方向(较大尺寸方向)。
在一些实施例中，间隔件在x和y方向上的不同横向尺寸用作(a)使用间隔件作为刻度标记物以指示板的取向，(b)使用间隔件以在优选方向上产生更多样品流，或两者。
在优选实施例中，周期、宽度和高度。
在一些实施例中，所有间隔件具有相同的形状和尺寸。在一些实施例中，每个间隔件具有不同的横向尺寸。
对于封闭间隔件，在一些实施例中，内部横向形状和尺寸是基于有待被封闭间隔件封闭的样品的总体积来选择的，其中该体积尺寸已经在本公开中描述；并且在某些实施例中，外侧形状和尺寸是基于所需的强度来选择的，以支撑液体抵靠间隔件的压力和按压板的挤压压力。
柱状间隔件的高度与平均横向尺寸的纵横比。在某些实施例中，柱状间隔件的高度与平均横向尺寸的纵横比为100,000、10,000、1,000、100、10、1、0.1、0.01、0.001、0.0001、0.00001或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
间隔件高度精度。应该精确地控制间隔件的高度。间隔件的相对精度(即，偏差与期望的间隔件高度的比率)为0.001％或更小、0.01％或更小、0.1％或更小；0.5％或更小、1％或更小、2％或更小、5％或更小、8％或更小、10％或更小、15％或更小、20％或更小、30％或更小、40％或更小、50％或更小、60％或更小、70％或更小、80％或更小、90％或更小、99.9％或更小，或者在任何值之间的范围内。
间隔件间距。间隔件可以是板上或样品相关区域中的单个间隔件或多个间隔件。在一些实施例中，板上的间隔件以阵列形式配置和/或布置，并且阵列在板的一些位置是周期性的、非周期性的阵列或周期性的，而在其他位置是非周期性的。
在一些实施例中，间隔件的周期性阵列布置为正方形、矩形、三角形、六边形、多边形或其任何组合的晶格，其中组合是指板的不同位置具有不同的间隔件晶格。
在一些实施例中，间隔件阵列的间隔件间距在阵列的至少一个方向上是周期性的(即，均匀的间隔件间距)。在一些实施例中，该间隔件间距被配置为在闭合构造下改进该板间距之间的均匀性。
相邻间隔件之间的距离(即，间隔件间距)是1μm或更小、5μm或更小、7μm或更小、10μm或更小、20μm或更小、30μm或更小、40μm或更小、50μm或更小、60μm或更小、70μm或更小、80μm或更小、90μm或更小、100μm或更小、200μm或更小、300μm或更小、400μm或更小，或者在任何两个值之间的范围内。
在某些实施例中，该间隔件间距是在400μm或更小、500μm或更小、1mm或更小、2mm或更小、3mm或更小、5mm或更小、7mm或更小、10mm或更小，或者在任何值之间的范围内。在某些实施例中，该间隔件间距是在10mm或更小、20mm或更小、30mm或更小、50mm或更小、70mm或更小、100mm或更小，或者在任何值之间的范围内。
选择相邻间隔件之间的距离(即，间隔件间距离)，使得对于板和样品的给定特性，在板的闭合构造下，在一些实施例中，两个相邻间隔件之间的样品厚度变化至多0.5％、1％、5％、10％、20％、30％、50％、80％或者在任何值之间的范围内；或在某些实施例中，至多80％、100％、200％、400％或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
显然，为了在两个相邻间隔件之间保持给定的样品厚度变化，当使用更柔性的板时，需要更接近的间隔件间距。
在优选实施例中，间隔件是周期性正方形阵列，其中间隔件是高度为2至4μm、平均横向尺寸为5至20μm、间隔件间距为1μm至100μm的柱。
在优选实施例中，间隔件是周期性正方形阵列，其中间隔件是高度为2至4μm、平均横向尺寸为5至20μm、间隔件间距为100μm至250μm的柱。
在优选实施例中，间隔件是周期性正方形阵列，其中间隔件是高度为4至50μm、平均横向尺寸为5至20μm、间隔件间距为1μm至100μm的柱。
在优选实施例中，间隔件是周期性正方形阵列，其中间隔件是高度为4至50μm、平均横向尺寸为5至20μm、间隔件间距为100μm至250μm的柱。
间隔件阵列的周期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，在单独的优选实施例中为50μm至100μm，在单独的优选实施例中为100μm至175μm，在单独的优选实施例中为175μm至300μm。
间隔件密度。间隔件以大于1/μm2、大于1/10μm2、大于1/100μm2、大于1/500μm2、大于1/1000μm2、大于1/5000μm2、大于1/0.1mm2、大于1/1mm2、大于1/5mm2、大于1/10mm2、大于1/100mm2、大于1/1000mm2、大于1/10000mm2，或者在这些值中的任何两者之间的范围内的表面密度布置在各个板上。
这些间隔件被配置为在给定的样品区域(体积)中不占据大量表面积(体积)；
间隔件体积与样品体积的比率。在许多实施例中，控制间隔件体积(即间隔件的体积)与样品体积(即样品的体积)的比率，和/或在样品的相关体积内的间隔件体积与样品的相关体积的比率，以实现某些优点。优点包括但不限于样品厚度控制的均匀性、分析物的均匀性、样品流动特性(即流速、流动方向等)。
在某些实施例中，间隔件体积r)与样品体积的比率，和/或在样品的相关体积内的间隔件的体积与样品的相关体积的比率小于100％、至多99％、至多70％、至多50％、至多30％、至多10％、至多5％、至多3％、至多1％、至多0.1％、至多0.01％、至多0.001％或者在任何值之间的范围内。
固定在板上的间隔件。在本发明中起关键作用的间隔件间距和间隔件的取向优选地在将板从开放构造变为闭合构造的过程中保持，和/或优选地在从开放构造到闭合构造的过程之前预先确定。
本发明的一些实施例是，在这些板被变为闭合构造之前，这些间隔件被固定在其中一个板上。术语“间隔件与其相应的板固定在一起”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。“间隔件与其相应的板固定在一起”的示例是，间隔件由板的一件材料整体地制成，并且间隔件相对于板表面的位置不改变。“间隔件与其相应的板不固定在一起”的示例是间隔件通过粘合剂粘合到板上，但是在板的使用期间，粘合剂不能将间隔件保持在其在板表面上的原始位置处(即间隔件移动离开其在板表面上的原始位置)。
在一些实施例中，至少一个间隔件固定到其相应的板上。在某些实施例中，两个间隔件固定到其相应的板上。在某些实施例中，大多数间隔件用它们各自的板固定。在某些实施例中，所有间隔件与它们各自的板固定。
在一些实施例中，间隔件整体地固定到板。
在一些实施例中，间隔件通过以下方法和/或构造中的一者或任何组合固定到其相应板：附接到、接合到、熔合到、压印和蚀刻。
术语“压印”是指通过压印(即印花)一件材料以在板表面上形成间隔件而将间隔件和板整体地固定。该材料可以是单层材料或多层材料。
术语“蚀刻”是指通过蚀刻一件材料以在板表面上形成间隔件而将间隔件和板整体地固定。该材料可以是单层材料或多层材料。
术语“熔合”是指通过将间隔件和板附接在一起而将间隔件和板整体地固定，间隔件和板的原始材料彼此熔合，并且在熔合之后在两种材料之间存在清晰的材料边界。
术语“粘结到”是指通过粘合结合间隔件和板而整体地固定间隔件和板。
术语“附接到”是指间隔件和板连接在一起。
在一些实施例中，间隔件和板由相同的材料制成。在其他实施例中，间隔件和板由不同材料制成。在另一实施例中，间隔件和板形成为一体。在另一实施例中，间隔件的一端固定到其相应的板上，而端部是开放的，用于容纳两个板的不同构造。
在另一实施例中，每一间隔件独立地为附接到、粘结到、熔合到、压印到和蚀刻到相应板中的至少一者。术语“独立地”是指通过相同或不同的方法将一个间隔件与其相应的板固定，该方法选自附接到、粘结到、熔合到、压印和蚀刻在相应的板中的方法。
在一些实施例中，两个间隔件之间的至少一段距离是预定的(“预定间隔件间距”是指当使用者使用板时，该距离是已知的)。
在本文所述的所有方法和装置的一些实施例中，除固定间隔件之外还存在额外间隔件。
在一个优选实施例中，通过使用模具压印(例如纳米压印)薄塑料膜而在板上整体地制造间隔件，并且间隔件由相同的材料制成，并且板的厚度为50μm至500μm。
在一个优选实施例中，通过使用模具压印(例如纳米压印)薄塑料膜而在板上整体地制造间隔件，并且间隔件由相同的材料制成，并且板的厚度为50μm至250μm。
在一个优选实施例中，间隔件整体地制造在板上并且由相同的材料制成，并且板的厚度为50μm至500μm。
在一个优选实施例中，间隔件使用模具在板上整体地制成薄塑料膜，并且由相同的材料制成，并且板的厚度为50μm至250μm。
在一个优选实施例中，通过使用模具压印(例如纳米压印)薄塑料膜而在板上整体地制造间隔件，并且间隔件由相同的材料制成，其中塑料膜是PS(聚苯乙烯)的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。
在一个优选实施例中，通过使用模具压印(例如纳米压印)薄塑料膜而在板上整体地制造间隔件，并且间隔件由相同的材料制成，其中塑料膜是PS(聚苯乙烯)的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，并且板的厚度是从50μm到500μm。
在一个优选实施例中，通过使用模具压印(例如纳米压印)薄塑料膜而在板上整体地制造间隔件，并且间隔件由相同的材料制成，其中塑料膜是PS(聚苯乙烯)的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，并且板的厚度是从50μm到250μm。
在一个优选实施例中，间隔件通过使用模具压印(例如纳米压印)薄塑料膜而整体地制造在板上，并且由相同的材料制成，其中塑料膜是PS(聚苯乙烯)的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，并且间隔件具有正方形或矩形形状，并且具有相同的间隔件高度。
在一个优选实施例中，间隔件具有正方形或矩形形状(具有或不具有圆角)。
在一个优选实施例中，间隔件具有柱宽度(在每个横向方向上的间隔件宽度)在1μm到200μm之间；柱周期(即间隔件周期)为2μm至2000μm、柱高度(即间隔件高度)为1μm至100μm的正方形或矩形柱。
在一个优选实施例中，由PMMA或PS制成的间隔件具有柱宽度(在每个横向方向上的间隔件宽度)在1μm到200μm之间；柱周期(即间隔件周期)为2μm至2000μm、柱高度(即间隔件高度)为1μm至100μm的正方形或矩形柱。
在一个优选实施例中，间隔件整体地制造在板上并且由塑料材料制成，并且间隔件具有柱宽度(在每个横向方向上的间隔件宽度)在1μm至200μm之间；柱周期(即间隔件周期)为2μm至2000μm、柱高度(即间隔件高度)为1μm至100μm的正方形或矩形柱。
在一个优选实施例中，间隔件整体地制造在板上并且由相同材料制成，并且间隔件具有柱宽度(在每个横向方向上的间隔件宽度)在1μm至200μm之间；柱周期(即间隔件周期)为2μm至2000μm、柱高度(即间隔件高度)为1μm至10μm的正方形或矩形柱。
在一个优选实施例中，间隔件整体地制造在板上并且由选自PS或PMMA或其他塑料的相同材料制成，并且间隔件具有柱宽度(在每个横向方向上的间隔件宽度)在1μm至200μm之间；柱周期(即间隔件周期)为2μm至2000μm、柱高度(即间隔件高度)为10μm至50μm的正方形或矩形柱。
特定样品厚度。在本发明中，观察到较大的板保持力(即，将两块板保持在一起的力)可以通过使用较小的板间距(针对给定的样品面积)或较大的样品面积(针对给定的板间距)或两者来实现。
在一些实施例中，至少一个板在包围相关区域的区域中是透明的，每个板具有内表面，该内表面被配置为在闭合构造中接触样品；在闭合构造中，这些板的内表面基本上彼此平行；除了具有间隔件的位置之外，板的内表面基本上是平面的；或其任何组合。
最终样品厚度与均匀性。在一些实施例中，相对于最终样品厚度确定明显平坦，并且取决于实施例和应用的与样品厚度的比率为小于0.1％、小于0.5％、小于1％、小于2％、小于5％或小于10％，或者在这些值中的任何两个值之间的范围内。
在一些实施例中，相对于样品厚度的平坦度小于0.01％、0.1％、小于0.1％、小于0.5％、小于1％、小于2％、小于5％、小于10％、小于20％、小于50％、小于70％、小于80％、小于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，明显平坦可以是指表面平坦度变化本身(从平均厚度测量)小于0.1％、小于0.5％、小于1％、小于2％、小于5％或小于10％，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。通常，相对于板厚度的平坦度可以小于0.1％、小于0.5％、小于1％、小于2％、小于5％、小于10％、小于20％、小于50％，或小于100％，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
通过板之间所需的调节的间距和/或调节的最终样品厚度与剩余样品厚度来选择间隔件的高度。间隔件高度(预定间隔件高度)、板之间的间隔和/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，在单独的优选实施例中为50μm至100μm。
在一些实施例中，间隔件可以是球形小珠并且随机分配在样品中。
在一些实施例中，QMAX装置是完全透明的或部分透明的，以减少卡自身的热吸收，其中透明度是指高于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。
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。其中该表面的反射率高于30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些实施例中，QMAX装置和夹具被涂覆热绝缘层以减少卡自身的热吸收。其中该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，夹具在闭合构造中仅覆盖并密封QMAX卡的周边。
在一些实施例中，夹具在闭合构造中仅覆盖和密封QMAX卡的周边，而不覆盖和密封加热和冷却区面积。
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，以允许光进入QMAX卡内部并从QMAX卡出来。
在一些实施例中，夹具是完全透明的，以允许光进入QMAX卡内部并从QMAX卡出来。
其中该夹具的透明度是指高于30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％，或者在任何两个值之间的范围内。
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、500kg/cm2，或者在任何两个值之间的范围内；和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。
在一些实施例中，在闭合夹具之后，由夹具施加在QMAX卡表面上的压强为至少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500kg/cm2，
如图2A和图2B中装置的截面图所示，加热/冷却层112跨越样品接触区域。然而，应当注意，加热/冷却层的横向面积也可以仅占据样品接触区域的一部分，其百分比为约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/冷却层的横向面积被配置为使得样品90接收来自加热/冷却层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％，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些实施例中，加热/冷却层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、750μm或更小、400nm或更小、150nm或更小、75nm或更小、40nm或更小，或15nm或更小，或者在任何两个值之间的范围内。在某些实施例中，加热/冷却层112的厚度为100nm或更小。
在一些实施例中，样品层和加热/冷却层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/冷却层的统一直径或对角线距离是至少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11A和11B示出了本发明的第一板和加热/冷却层的示例性实施例。图11A是俯视图，而图11B是截面图。图12A和12B示出了本发明的两个示例性实施例的截面图，演示了第一板、第二板和加热/冷却层。作为一个整体，第一板和第二板，及可选地加热/冷却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压成厚度均匀的层的其他实施例。
如图11A和11B所示，在一些实施例中，加热/冷却层与第一板接触。然而，应当注意，在一些实施例中，加热/冷却层可以与第二板20接触。另外，在一些实施例中，加热/冷却层不与任何板接触。在一些实施例中，不存在加热/冷却层的单独结构；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/冷却层的面积小于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，或者在任何两个值之间的范围内。在一些实施例中，加热/冷却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/冷却层的区域仅占据第一板(或第二板；或第一板或第二板的样品接触区域)的面积的一部分的百分比为约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/冷却层具有基本上均匀的厚度。在一些实施例中，加热/冷却层的厚度小于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，或者在任何两个值之间的范围内。
加热/冷却层可以采用任何形状。例如，从俯视图看，加热/冷却层可以是正方形、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，或在这些值中的任何两个值之间的范围内。
在某些实施例中，间隔件的间隔件间距(ISD)除以板的厚度(h)和杨氏模量(E)(ISD4/(hE))的四次幂为5×106μm3/GPa或更小；
在某些实施例中，柱接触填充因子与间隔件的杨氏模量的乘积为2MPa或更大，其中柱接触填充因子是正被柱接触的板的面积与整个板面积(在柱区域中)的比率。
在某些实施例中，间隔件具有预定的基本上均匀的高度和预定的恒定间隔件间距，该间距比分析物的尺寸大至少约2倍，至多200μm，并且其中至少一个间隔件位于样品接触区域内。
在一些实施例中，具有加热/冷却层的板(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/冷却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。在一些实施例中，如果仅一个板与加热/冷却层接触，则与加热/冷却层接触的板基本上薄于不与加热/冷却层接触的板。例如，在一些实施例中，与加热/冷却层接触的板的厚度小于与加热/冷却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，或者在任何两个值之间的范围内。
在一些实施例中，样品层是薄的，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，或者在任何两个值之间的范围内。
在各种实施例中，加热/冷却层的定位也可以变化。在一些实施例中，如图12A或12B所示，加热/冷却层位于第一板的内表面处。在此，内表面被定义为当样品被挤压成一层时与样品接触的表面。另一个表面是外表面。在一些实施例中，加热/冷却层在第一板的内表面处。在一些实施例中，加热/冷却层在第二板的内表面处。在一些实施例中，加热/冷却层在第一板的外表面处。在一些实施例中，加热/冷却层在一个或两个板的内部。在一些实施例中，加热/冷却层在第二板的外表面处。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/冷却层。
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。但是如果减小热质量，则少量能量能够快速改变样品的温度。此外，通过限制样品厚度，热传导也受到限制。
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/冷却层至少部分地与样品接触区域重叠。在重叠部分中，由于彼此靠近和小的热质量，样品被快速加热。
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：2015年8月10日提交的美国临时专利申请号62/202,989、2015年9月14日提交的美国临时专利申请号62/218,455、2016年2月9日提交的美国临时专利申请号62/293,188、2016年3月8日提交的美国临时专利申请号62/305,123、2016年7月31日提交的美国临时专利申请号62/369,181、2016年9月15日提交的美国临时专利申请号62/394,753、2016年8月10日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437、2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/051775、2016年9月15日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/051794，以及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。
用于减少样品蒸发的封边
当两个板将样品夹在具有大横向/垂直比(例如15mm对30μm＝500)的形状中时，由于被两个板覆盖的样品表面大500倍，所以热循环期间样品的蒸发大大减少。实验发现，在30个温度循环(约60秒)中，样品体积没有可见的变化。
在另一个方面，在一些实施例中，存在与两个板接触以形成防止样品蒸气流出的封闭腔室的密封元件。除了减少或消除样品蒸发之外，这种密封元件还可以减少样品污染。密封元件可以是带、塑料密封件、油密封件或其组合。
在一些实施例中，密封元件没有到达样品，但是密封元件与两个板接触以形成防止样品蒸气流出的封闭腔室。在一些实施例中，密封元件可以用作间隔件以调节相关样品的厚度。
在一些实施例中，如图7所示，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，样品容纳区域)内，使得样品90的整个横向面积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，如图7所示，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。该粘合剂选自以下材料，比如但不限于：淀粉、糊精、明胶、柏油、沥青、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，如图7所示，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限制在一起。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，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逸出卡。
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，包含板和间隔件的QMAX卡/RHC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卡固定在其闭合构造中(即，夹具仅围绕板的边缘，而不是板对的中心)。其中该夹具还由具有低热导率的材料制成以减少卡自身的热吸收。
加热源、额外的散热器、温度传感器和温度控制
RHC卡中的加热层或加热/冷却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/冷却层。
光学加热源。在一些实施例中，当加热层由加热源光学地加热时，加热源包含光源，其包括但不限于LED(发光二极管)、激光器、灯或其组合。
为了使更多的光从光学加热源中的光源到达加热层，加热源的一些实施例使用光学透镜、光导管或其组合。
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，或者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，或者在任何两个值之间的范围内。
透镜的NA(数值孔径)为0.001、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、04、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.5，或者在任何两个值之间的范围内。
在优选实施例中，透镜的NA为0.01至0.1、0.1至0.4、0.4至0.7、0.7至1.0或1.0至1.5。
图14A和14B分别示出了本发明的实施例的透视图和截面图，其中光导管用于引导来自热源(例如，光源)的电磁波(例如，LED灯)到加热区或板。
在某些实施例中，将光源的光准直到加热区/板中的光导管(也称为光学准直器)包含具有反射壁的中空管。
光导管的一个实施例包含具有反射壁(即，其内壁、外壁或两者都是反射性的)的中空介电管。中空介电管可以由玻璃、塑料或其组合的材料制成。反射壁可以是中空管壁上的薄光反射涂层。反射涂层可以是薄金属膜，例如金、铝、银、铜或其任何混合物或组合。图17示出了光导管的实施例的透视图，该光导管包含中空管和涂覆在该管的外壁上的反射材料。反射涂层也可以在内壁中。反射壁也可以由反射相关的光的多层干扰材料制成。光导管可以是具有带反射壁的中空管的材料块。
在一些实施例中，该中空管具有在1mm至70mm范围内的长度，在1mm至40mm范围内的内部尺寸(直径或宽度)，以及在0.01mm至10mm范围内的壁厚。
在一些优选实施例中，用于光导管的中空管的内径(或平均宽度)在1mm至5mm、5mm至10mm、10mm至15mm、15mm至20mm、20mm至30mm或30mm至50mm的范围内。
在一些优选实施例中，用于光导管的中空管的壁厚(或平均宽度)在0.001mm至0.01mm、0.01mm至0.1mm、0.1mm至0.5mm、0.5mm至1mm、1mm至2mm或2mm至50mm的范围内。
电加热源。在一些实施例中，当加热层或加热/冷却层被加热源电加热时，电加热源包含电源，该电源通过电线将电能发送到加热/冷却层。
额外散热器。在一些实施例中，将热量从样品和样品保持器移除到环境中，但是在一些实施例中，将使用额外的散热器来加速热量移除。额外的散热器可以是珀尔帖冷却器、无源散热器或两者。在一些实施例中，风扇将用于产生加速样品冷却的空气对流(直接到样品和样品保持器、直接到额外的散热器，或两者)。
图6A和6B还分别示出了热循环系统的一些实施例的透视图和截面图，该热循环系统包含处于闭合位置的样品保持器100和热控制单元200。样品保持器100可以包括第一板10、第二板20以及间隔机构(未示出)。热控制单元200可以包括加热源202和控制器204。
如图6B所示，热控制单元200可以包括加热源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。
参考两个图6A和6B，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/冷却层112，该加热/冷却层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/冷却层112的部分的温度。换句话说，加热源202和加热/冷却层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/冷却层112具有优选光波长范围，在该优选光波长范围内，加热/冷却层112的吸收效率高。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/冷却层112的优选波长范围内、与加热/冷却层112的优选波长范围重叠或涵盖加热/冷却层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/冷却层的优选波长。
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LED(发光二极管)中的一个LED。
温度传感器。样品的温度可以通过用实时温度传感器将预校准的能量输送到加热区/层、通过使用实时温度传感器，或这两种方式来控制。
实时温度传感器可以是温度计、热电偶、辐射温度传感器、温度敏感染料(其随着温度改变光强度或颜色或两者)，或其组合。
如图7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。
控制器。参照图4的图(A)和图(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有无。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，这是指控制器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，该预定程序由系统的操作者提供。
图7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了促进温度改变和控制的附加元件。如图7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7示出了处于闭合构造的样品保持器100，其中第一板10和第二板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因此被两个板挤压成薄层。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，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的电磁波的有无、强度和/或频率。
样品信号监测
如图11和12，信号传感器可用于检测样品保持器中样品(以及温度变化过程中反应产物)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(例如智能手机或平板计算机)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，一个或多个光源用于激发样品(以及在温度变化期间来自反应的产物)以产生信号。
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口接收来自样品的光学信号。
基座和系统
在一些实施例中，该装置还包含基座(转接器)，该基座被配置为容纳样品卡、加热源、温度传感器、整个温度控制的一部分(在一些实施例中包括智能手机)、额外散热器(可选地)、风扇(可选地)或其组合。在一些实施例中，转接器包含卡槽，样品卡可以插入该卡槽中。在一些实施例中，样品卡在完全插入插槽中之后，或者在到达插槽中的预定位置之后，被稳定并且保持在适当位置而没有任何移动。
在一些实施例中，该基座(转接器)被配置为将该样品卡以及该样品卡内的样品定位在光学传感器(例如，相机)的视场中，使得该样品可以被成像。在某些实施例中，相机是移动装置(例如智能手机)的一部分。在一些实施例中，转接器包含槽中的滑块。在某些实施例中，样品卡可以放在滑块上，滑块可以滑入或滑出转接器中的槽。在一些实施例中，转接器包含卡支撑件。在某些实施例中，样品卡可以放置在卡支撑件上，其不需要在成像之前移动。
在一些实施例中，转接器被配置为可连接到光学传感器，使得光学传感器(例如，移动装置；例如，智能手机)和样品卡是固定的。在某些实施例中，转接器可以包括可替换的并且直接附接到移动装置的连接构件(作为示例)。连接构件可滑动到移动装置上并将转接器牢固地附接到移动装置上、最佳地定位待成像的样品卡或用于分析物的检测和/或测量。在某些实施例中，连接构件是可替换的，使得不同的连接构件可以用于不同的移动装置。
在一些实施例中，转接器包含允许加热或冷却样品的电磁波通过的辐射孔口。在一些实施例中，该转接器包含光学孔口，该光学孔口被允许对该样品进行成像。在一些实施例中，转接器用作样品卡的加热槽。图13和14提供了该系统的其他实施例。图13示出了演示了快速改变样品温度的系统的本发明的示例性实施例的截面图。图13示出了根据一个实施例的加热源的详细元件。
如图13和图14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/冷却层。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/冷却层进行转化。当没有特定的加热/冷却层时，通过样品保持器的其他部分进行转换。
如图13和图14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中的额外散热器的示例。在一些实施例中，该腔室包含光学孔口，该光学孔口被配置为允许对该样品进行成像。在一些实施例中，该腔室包含辐射孔口，该辐射孔口被配置为允许电磁波从加热源通过到达该加热/冷却层。在某些实施例中，窗口位于辐射孔口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)定位在光学孔口处，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13和图14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隔开的。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13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14示出了演示了快速改变样品温度的系统的本发明的示例性实施例的截面图。图14示出了根据一个实施例的加热源的详细元件。如图14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。
如图7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。扩束器208采用任何已知的技术，包括但不限于在美国专利号4,545,677、4,214,813、4,127,828和4,016,504以及美国专利公开号2008/0297912号和第2010/0214659中描述的扩束器，出于所有目的通过引用将其全文并入本文。
智能手机
在一些实施例中，样品卡由移动装置成像。在某些实施例中，移动装置是智能手机，其可以用作示例。
在一些实施例中，智能手机包含可用于对样品卡中的样品进行成像的相机。在一些实施例中，转接器用于容纳样品卡，并且转接器被配置为附接到智能手机，使得样品卡(以及其中的样品)可以被放置在相机的视场中。
在一些实施例中，智能手机还可以用作被配置为控制该装置的控制单元。例如，可以使用智能手机控制样品卡的加热和/或冷却。在某些实施例中，智能手机连接到加热源并控制来自加热源的电磁波。在一些实施例中，智能手机控制电磁波的有无、强度、波长、频率和/或角度。在某些实施例中，智能手机从测量样品温度的温度计接收温度数据。在某些实施例中，智能手机基于温度数据控制电磁波。
在一些实施例中，智能手机还可以用作数据处理和通信设备。例如，在对样品成像之后，可以将图像保存在智能手机中。在某些实施例中，保存图像可以由智能手机中的软件或应用来处理。例如，分析物的有无和/或量可以通过智能手机中的软件或应用从图像中推断出。在某些实施例中，处理结果可以显示在智能手机的屏幕上。在某些实施例中，可以例如利用电子邮件或其他消息传送软件将处理结果发送给用户。在某些实施例中，可以将处理结果发送给第三方，例如卫生保健专业人员，其可以在附加步骤中进行进一步诊断和/或处理数据。在一些实施例中，可以显示和/或发送没有处理的图像。在某些实施例中，图像显示在智能手机的屏幕上。在某些实施例中，例如通过电子邮件或其他消息传送软件将图像发送给用户。在某些实施例中，图像可以被发送到第三方，例如远程服务器，其可以进一步处理图像。在一些实施例中，结果和/或图像在被发送之前被压缩和/或加密。
RHC卡的使用
说明书中的RHC卡可以用作测试样品的多个步骤中的一个步骤，或者用作执行整个测试的一个步骤。
在一些实施例中，RHC卡用于所谓的“一步测定”，其中用于分析的所有试剂和样品装载在RHC卡上，进行热循环或温度变化，并且在热循环或温度变化期间观察信号。
其他实施例
实施例-1：
一个实施例包含实施例SH-1至SH-6的装置，其中第一板和第二板是柔性塑料膜和/或薄玻璃膜，每个板具有从1μm至25μm范围内选择的值的基本均匀的厚度。
每个板的面积为1cm2至16cm2。
夹在两个板之间的样品具有40μm或更小的厚度。
相关样品与整个样品比率(RE比率)为12％或更小。
冷却区至少比加热区大9倍。
样品与非样品的热质量比为2.2或更大。
RHC在一些实施例中不具有间隔件，但在其他实施例中具有间隔件。
STC比是并且冷却区包含热导率为70W/m-K或更高以及热导率乘以其厚度的材料层。
实施例-2：
对于SH-1至SH-x的实施例，它们具有布置用于快速热循环的以下参数。
第一板和第二板是塑料或薄玻璃。第一板和第二板的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内。
两个板之间的样品的厚度为5μm、10μm、30μm、50μm、100μm，或者在任何两个值之间的范围内。
从H/C层到样品的距离为10nm、100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内。
冷却区面积与相关样品面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内。
冷却区面积与加热区面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内。
H/C层与加热源(例如，LED)之间的距离为5mm、10mm、20mm、30mm，或者在任何两个值之间的范围内。
实施例-3：
对于SH-1至SH-x的实施例，它们具有布置用于快速热循环的以下参数。
第一板和第二板是塑料或薄玻璃。第一板的厚度为10μm、25μm、50μm，或者在任何两个值之间的范围内；而第二板(具有加热层或冷却层的板)的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内。
两个板之间的样品的厚度为5μm、10μm、30μm、50μm、100μm，或者在任何两个值之间的范围内。
H/C层和样品之间的距离为10nm、100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内。
冷却区面积与相关样品面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内。
冷却区面积与加热区面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内。
H/C层与加热源(例如，LED)之间的距离为5mm、10mm、20mm、30mm，或者在任何两个值之间的范围内。
实施例-4：
对于SH-1至SH-x的实施例，它们具有布置用于快速热循环的以下参数。
第一板和第二板是塑料或薄玻璃。第一板和第二板的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、175μm、250μm，或者在任何两个值之间的范围内。
两个板之间的样品的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、175μm、250μm，或者在任何两个值之间的范围内。
H/C层和样品之间的距离为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、175μm、250μm，或者在任何两个值之间的范围内。
冷却区面积与相关样品面积的比率为100、64、16、9、4、2、1、0.5、0.1，或者在任何两个值之间的范围内。
冷却区面积与加热区面积的比率为100、64、16、9、4、2、1、0.5、0.1，或者在任何两个值之间的范围内。
H/C层与加热源(例如，LED)之间的距离为500μm、1mm、3mm、5mm、10mm、20mm、30mm，或者在任何两个值之间的范围内。
实施例-5：
对于SH-1至SH-5的实施例，它们具有布置用于快速热循环的以下参数。
光导管校准来自光源(例如LED)的光进入加热区。光堆包含具有带反射壁的中空孔的结构(例如管或铣削孔的结构)。光堆具有1mm至8mm的横向尺寸和2mm至50mm的长度。
实施例-6：
对于SH-1至SH-5的实施例，它们具有布置用于快速热循环的以下参数。
第一板和第二板是塑料或薄玻璃。第一板和第二板的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内。
两个板之间的样品的厚度为1至5μm、5μm至10μm、10至30μm或30μm至50μm。
从H/C层到样品的距离在10nm至100nm、100nm至500nm、500nm至1μm、1μm至5μm、5μm至10μm或10μm至25μm的范围内。
冷却区面积与相关样品面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内。
冷却区面积与加热区面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内。
H/C层与加热源(例如，LED)之间的距离为5mm、10mm、20mm、30mm，或者在任何两个值之间的范围内。
冷却层的KC比在0.5cm2/sec和0.7cm2/sec、0.7cm2/sec和0.9cm2/sec、0.9cm2/sec和1cm2/sec、1cm2/sec和1.1cm2/sec、1.1cm2/sec和1.3cm2/秒、1.3cm2/sec和1.6cm2/sec、1.6cm2/sec和2cm2/sec，或2cm2/sec和3cm2/sec之间的范围内。
样品与非样品的热质量比在0.2至0.5、0.5至0.7、0.7至1、1至1.5、1.5至5、5至10、10至30、30至50或50至100的范围内。
实施例-7：
对于SH-1至SH-5以及实施例1至实施例6的实施例，它们具有布置用于快速热循环的以下参数：
第一板和/或第二板的横向面积为1mm2(平方毫米)至10mm2、10mm2至50mm2、50mm2至100mm2、1cm2至5cm2、5cm2至20cm2或20cm2至50cm2。
缩放的热导率(STM比)在10至20、30至50、50至70、70至100、100至1000、1000至10000或10000至1000000的范围内；并且冷却区(层)的热导率乘以其厚度为6×10-5W/K、9×10-5W/K、1.2×10-4W/K、1.5×10-4W/K、1.8×10-4W/K、2.1×10-4W/K、2.7×10-4W/K、3×10-4W/K、1.5×10-4W/K，或者在任何两个值之间的范围内。
样品保持器(RHC卡)在热循环期间对环境没有明显的热传导。
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2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号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、食糜、内淋巴、外淋巴、粪便、胃酸、胃液、淋巴、粘液、鼻引流液、痰液、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、尿液和呼出呼吸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，该来源比如但不限于：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；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，处理环境样品。例如，在应用所述装置、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。在某些实施例中，在应用所述装置、系统和方法之前，将非液体形式的样品转化成液体形式。
所述装置、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，本文也称“μL”)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、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杆收集的量。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吸中收集的量。
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至少一部分流体样品挤压成薄层。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/或测量来自样品中的分析物。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。
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有无、定量和/或扩增。例如，在某些实施例中，所述装置、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、有机化合物、细菌、病毒、细胞、组织、纳米颗粒及其他分子、化合物、混合物和物质。可以使用所述装置、系统和方法的各种领域包括但不限于：人类疾病和病况的诊断、管理和/或预防、动物疾病和病况的诊断、管理和/或预防、植物病害和病况的诊断、管理和/或预防、农业用途、兽医用途、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、神经精神障碍和有机疾病(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，所述装置、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，本发明的装置、系统和方法可用于检测分析物。在一些实施例中，分析物是病原体。可检测的示例性病原体包括但不限于：水痘带状疱疹；表皮葡萄球菌、大肠埃希菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MSRA)、金黄色葡萄球菌、人葡萄球菌、粪肠球菌、铜绿假单胞菌、头葡萄球菌、沃氏葡萄球菌、克雷伯氏肺炎菌、流感嗜血杆菌、模仿葡萄球菌、肺炎链球菌和白色念珠菌；淋病(淋病奈瑟菌)、梅毒(梅毒螺旋体)、衣原体(Chlamydiatracomitis)、非淋球菌性尿道炎(Ureaplasm Urzyplasmum)、软下疳(杜克雷嗜血杆菌)、滴虫(滴虫性阴道炎)；铜绿假单胞菌、耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MSRA)、克雷伯氏肺炎菌、流感嗜血杆菌、金黄色葡萄球菌、嗜麦芽窄食单胞菌、流感嗜血杆菌(Haemophilisparainfluenzae)、大肠埃希菌、粪肠球菌、沙雷氏菌、副溶血嗜血杆菌、Enterococcuscloacae、白色念珠菌、Moraxiella catarrhalis、肺炎链球菌、弗氏柠檬酸杆菌、粪肠球菌、产酸克雷伯氏菌、荧光假单胞菌、脑膜炎奈瑟氏球菌、化脓性链球菌、卡氏肺孢子虫、克雷伯氏肺炎菌、嗜肺军团菌、肺炎支原体和结核杆菌等。
在一些实施例中，本发明的装置、系统和方法可用于检测作为诊断标记物的分析物。在一些实施例中，诊断标记物选自以下任何表。
表4.1：诊断标记物
Figure BDA0002375288590000481
Figure BDA0002375288590000491
表4.2：诊断标记物
Figure BDA0002375288590000492
Figure BDA0002375288590000501
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在一些实施例中，本发明的装置、系统和方法可用于告知从其获得样品的受试者健康状况。可通过本方法、装置和系统诊断或测量的健康状况包括但不限于：化学平衡；营养保健；锻炼；疲劳；睡眠；应力；前驱糖尿病；过敏；老化；暴露于环境毒素、杀虫剂、除草剂、合成激素类似物；妊娠；绝经期；以及男人更年期。表4.3提供了可使用本发明检测的示例性诊断标记物及其相关健康状况。
表4.3：诊断标记物
Figure BDA0002375288590000652
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在其他实施例中，可通过本方法检测的诊断标记物是样品(例如诊断样品)中的抗体，其可用于诊断从其获得样品的受试者的疾病或健康状况。表4.4提供了5种自身抗体目标的列表，其可以全部或作为表位片段用作本方法中的捕获剂以测量样品中表位结合抗体分析物的量，从而诊断相关疾病或健康状况，例如自身免疫性疾病。在一些情况下，疾病或健康状况与对过敏原的免疫应答有关。表4.5提供了过敏原列表，其可以全部或作为表位片段用作本方法中的捕获剂，以测量样品中表位结合抗体分析物的量，从而诊断相关疾病或健康状况，例如过敏。在某些情况下，该疾病或健康状况与感染性疾病有关，其中可基于包括针对源自该感染源的(例如，脂多糖、毒素、蛋白质等)的一个或多个表位的抗体的测量的量的信息来诊断该感染源。表4.6提供了的感染源衍生表位的列表，该感染源衍生表位可全部或作为表位片段用作本发明方法中的捕获剂以测量样品中表位结合抗体分析物的量，并由此诊断相关疾病或健康状况(例如感染)。适用于本诊断方法的其他表位或抗原描述于例如PCT申请公开号WO2013164476中，其通过引用并入本文。
表4.4：诊断性自身抗体表位
Figure BDA0002375288590000722
Figure BDA0002375288590000731
Figure BDA0002375288590000741
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Figure BDA0002375288590000771
表4.5：过敏原表位
Figure BDA0002375288590000772
Figure BDA0002375288590000781
Figure BDA0002375288590000791
Figure BDA0002375288590000801
表4.6：感染因子衍生表位
Figure BDA0002375288590000802
Figure BDA0002375288590000811
在一些实施例中，本发明的装置、系统和方法可用于检测诊断标记物，该诊断标记物是与疾病或健康状况相关的微小RNA(miRNA)生物标记物。表4.7提供了可以使用的miRNA生物标记及其相关疾病/健康状况的示例性列表。
表4.7：诊断性miRNA标记
Figure BDA0002375288590000812
Figure BDA0002375288590000821
Figure BDA0002375288590000831
Figure BDA0002375288590000841
Figure BDA0002375288590000851
Figure BDA0002375288590000861
*括号中的miRNA标记下调
在一些实施例中，本发明的装置、系统和方法可用于检测或分析环境样品。环境样品可以从任何合适的来源获得，比如河流、海洋、湖泊、雨、雪、污水、污水处理径流、农业径流、工业径流、水、自来水或饮用水等)。
在一些实施例中，可以使用本发明的装置、系统和方法检测或分析的分析物是环境标记物。环境标记物可以是可由捕获剂捕获的任何合适的标记，该捕获剂将环境标记物特异性结合在配置有捕获剂的装置中。在一些实施例中，本发明的装置、系统和方法检测水中铅或毒素的浓度。在一些实施例中，样品中环境标记物的有无、不存在或定量水平可以指示从中获得样品的环境的状态。在一些实施例中，环境标记物可以是对暴露于环境的生物体例如人、伴侣动物、植物等有毒或有害的物质。在一些实施例中，环境标记物可以是过敏原，其可以在暴露于环境的一些个体中引起过敏反应。在一些实施例中，样品中环境标记物的有无、不存在或定量水平可以与环境的一般健康相关。在这种情况下，可以在一段时间(例如，一周、数月、数年或数十年)内测量环境的总体健康。
在一些实施例中，本发明的装置、系统和方法进一步包括接收或提供报告，该报告基于包括所测量的环境标记物的量的信息指示待暴露于从中获得样品的环境的受试者的安全性或危害性。用于评估环境的安全风险或健康的信息可以包括除了环境标记物的类型和测量的量之外的数据。这些其他数据可以包括例如位置、高度、温度、日/月/年的时间、压力、湿度、风向和速度、天气等。数据可以表示，例如，特定时间段(分钟、小时、天、周、月、年等)上的平均值或趋势或较短时间段(毫秒、秒、分钟等)上的瞬时值。
在一些实施例中，报告可以由被配置为读取装置的装置生成，或者可以在发送包括所测量的环境标记物的量的数据时在远程位置生成。在一些实施例中，专家可以在远程位置或者可以获得发送到远程位置的数据，并且可以分析或审核该数据以生成报告。在一些实施例中，专家可以是政府机构(例如美国疾病控制中心(CDC)或美国环境保护机构(EPA))、研究机构(例如大学)或私人公司的科学家或管理者。在一些实施例中，专家可以基于由装置发送和/或在远程位置分析的数据向用户发送指令或推荐。
示例性环境标记物的列表在于2015年9月29日提交的美国临时申请序列号62/234,538的表8中阐述，该申请通过引用并入本文。
其他示例性环境标记物列于表4.8中。
表4.8：环境标记物
Figure BDA0002375288590000871
Figure BDA0002375288590000881
Figure BDA0002375288590000891
Figure BDA0002375288590000901
Figure BDA0002375288590000911
在一些实施例中，本发明的装置、系统和方法可用于检测或分析食品样品。食品样品可以从任何合适的来源获得，例如从原料食品、加工食品、熟食品、饮用水等获得。在一些实施例中，可以使用本发明的装置、系统和方法检测或分析的分析物是食品标记物。食品标记物可以是，例如表4.9中所示的可以被捕获剂捕获的任何合适的标记，该捕获剂在配置有捕获剂的装置中特异性结合食品标记物。在一些实施例中，如果食用食品，则样品中食品标记物的有无、不存在或定量水平可以指示受试者的安全性或危害性。在一些实施例中，食品标记物是衍生自病原体或微生物的物质，其指示获得样品的食品中生物的有无。在一些实施例中，如果被受试者食用，则食品标记物是有毒或有害物质。在一些实施例中，食品标记物是生物活性化合物，如果受试者食用，其可能无意地或意外地改变生理学。
在一些实施例中，食品标记物是获得食品的方式(例如，生长、获取、捕获、收获、加工、烹饪等)的指示。在一些实施例中，食品标记物指示食品的营养含量。在一些实施例中，如果获得样品的食品被受试者食用，则食品标记物是可以诱导过敏反应的过敏原。
在一些实施例中，本发明中的装置、系统和方法进一步包括接收或提供报告，该报告基于包括食品标记物的测量水平的信息指示受试者食用从中获得样品的食品的安全性或危害性。用于评估供消费的食品的安全性的信息可以包括不同于食品标记物的类型和测量的量的数据。这些其他数据可包括与消费者相关的任何健康状况(过敏、怀孕、慢性或急性疾病、当前处方药物等)。
该报告可以由被配置为读取装置的装置生成，或者可以在发送包括食品标记物的测量的量的数据时在远程位置生成。在一些情况下，食品安全专家可以在远程位置或者可以访问发送到远程位置的数据，并且可以分析或查看该数据以生成报告。在一些实施例中，食品安全专家可以是政府机构(例如，美国食品药品监督管理局(FDA)或CDC)的科学家或管理者、研究机构(例如，大学)或私人公司。在某些实施例中，食品安全专家可以基于由装置发送和/或在远程位置分析的数据向用户发送指令或推荐。
在于2015年9月29日提交的美国临时申请序列号62/234,538的表9中列出了示例性食品标记物，该申请通过引用并入本文。
其他示例性食品标记物在表4.9中列出。
表4.9：食品标记物
Figure BDA0002375288590000921
Figure BDA0002375288590000931
Figure BDA0002375288590000941
在一些实施例中，本发明涉及包含本发明装置的试剂盒。在一些实施例中，试剂盒包括被配置为特异性结合本文所述的分析物的装置。在一些实施例中，试剂盒包括使用手持式装置例如移动电话实施本发明方法的说明书。在一些实施例中，说明书可以多种形式存在于试剂盒中，其中一种或多种可以存在于试剂盒中。可以存在这些说明书的一种形式是在合适的介质或基板(例如在其上印刷信息的一片或多片纸、在试剂盒的包装中、在包装插入物等中)上印刷信息。另一装置可以是其上记录或存储了信息的计算机可读介质，例如磁盘、CD、DVD、蓝光、计算机可读存储器等。还可以存在的另一种装置是网站地址，其可以经由因特网用于访问被移除站点处的信息。该试剂盒可以进一步包括用于实施在计算机可读介质上提供的用于测量如本文所述的装置上的分析物的方法的软件。试剂盒中可以存在任何方便的装置。
在一些实施例中，试剂盒包括含有可检测标记的检测试剂(例如特异性结合相关分析物的荧光标记抗体或寡核苷酸)用于标记相关分析物。检测剂可以作为装置设置在单独的容器中，或者可以设置在装置中。
在一些实施例中，试剂盒包括对照样品，该对照样品包括已知可检测量的待在样品中检测的分析物。对照样品可以在容器中提供，并且可以在已知浓度的溶液中提供，或者可以以干燥形式(例如冻干的或冷冻干燥的)提供。如果以干燥形式提供，则试剂盒还可以包括用于溶解对照样品的缓冲液。
在一些实施例中，本发明的装置、系统和方法可以用于使用智能手机进行简单、快速的血细胞计数。在一些实施例中，第一板和第二板选自相对平坦表面的薄载玻片(例如，0.2mm厚)或薄塑料膜(例如，15mm厚)，并且各自具有长度和宽度为约0.5cm至10cm的面积。在一些实施例中，间隔件由玻璃、塑料或在按压下不会明显变形的其他材料制成。在一些实施例中，在样品沉积之前，将间隔件放置在第一板、第二板上或两者上；并且第一板、第二板或两者可选地涂覆有促进血液计数的试剂(染色染料和/或抗凝血剂)。在一些实施例中，第一板和第二板可以被密封在一个袋中以便于运输和实现更长的储存寿命。
在血细胞计数测试的一些实施例中，样品仅需要约1μL(微升)(或约0.1μL至3μL)的可以取自例如手指或其他人体部位的血液。在一些实施例中，血液样品可以从人体(例如手指)直接沉积到第一板和第二板上，而没有进行任何稀释。在这样的实施例中，第一板和第二板可以彼此面对，使得血液样品位于第一板和第二板的内表面之间。在一些实施例中，试剂是预沉积的(染色染料或抗凝血剂)，它们沉积在内表面上以与样品混合。然后可以通过手指或简单的机械装置(例如使用弹簧按压的夹子)按压第一板和第二板。在按压下，减小内部间隔、最终在由间隔件高度设定的值处终止减少，并且达到最终样品厚度，其通常等于最终内部间隔。因为最终的内部间隔是已知的，所以最终的样品厚度变得已知，即通过该方法被量化(测量)。
在一些实施例中，如果血液样品未被稀释，则在按压(样品变形)间隔件之后并且因此最终样品厚度可以是薄的，例如小于1μm、小于2μm、小于3μm、小于4μm、小于5μm、小于7μmμm、小于10μm、小于15μm、小于20μm、小于30μm、小于40μm、小于50μm、小于60μm、小于80μm、小于100μm、小于150μm，或在任何两个数值之间的任何范围内。薄的最终样品可能是有用的，因为如果最终样品厚，那么许多红细胞在成像期间可能重叠，这可能使细胞计数不准确。例如，没有稀释的大约4μm厚的全血将产生大约一层血红细胞。
在按压之后，样品可以直接通过智能手机或通过另外的光学元件(例如视需要而定的透镜、滤光器或光源)成像。可以处理样品的图像以识别细胞的类型以及细胞数目。可以在获取图像的同一智能手机上本地完成或远程完成图像处理，但是最终结果被传送回智能手机(其中图像被传送到远程位置并在那里被处理)。智能手机将显示特定细胞的细胞数目。在某些情况下，将显示某些建议。可以在测试之前将建议存储在智能手机上，或者建议可来自远程机器或专业人员。
在某些实施例中，使用本文所述的方法和装置将试剂置于第一板和/或第二板的内表面上。
在一些实施例中，用于血液测试的装置或方法包含(a)本文所述的装置或方法和(b)处于闭合构造的板间距(即两个板的内表面之间的距离)或者使用这样的间隔，其中板间隔中未稀释的全血的红细胞(RBC)的横向平均细胞间距离大于RBC盘状形状的平均直径。
在一些实施例中，一种用于布置非球形细胞的取向的装置或方法包含(a)如在本文描述的装置或方法，以及(b)处于闭合构造或使用这种间隔的板间隔(即，这两个板的内表面之间的距离)，其中该间距小于该单元在其长方向(该长方向是单元的最大尺寸方向)上的平均尺寸。这种布置可以改进样品体积(例如红细胞体积)的测量。
在一些实施例中，血液测试中的分析物包括列表可在美国临床化学协会的网站上找到的蛋白质标记。
表4.10提供了可以在护理点(POC)设置和/或在非专业使用者/受试者使用时使用本发明检测的其他示例性分析物。
表4.10：POC分析物
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Figure BDA0002375288590000961
Figure BDA0002375288590000971
Figure BDA0002375288590000981
Figure BDA0002375288590000991
Figure BDA0002375288590001001
在一些实施例中、本发明的装置、系统和方法可用于检测或诊断健康状况。在一些实施例中，健康状况包括但不限于：化学平衡；营养保健；练习；疲劳；睡眠；应力；前驱糖尿病；过敏；老化；暴露于环境毒素、杀虫剂、除草剂、合成激素类似物；妊娠；绝经期；和男人更年期。
在一些实施例中，可以使用这些方法获得两种或多种不同核酸样品中核酸的相对水平，并进行比较。在这些实施例中，从本文该方法获得的结果通常标准化为样品中核酸的总量(例如组成型RNA)，并进行比较。这可以通过比较比率或通过任何其他方式来完成。在特定实施例中，可以比较两种或多种不同样品的核酸谱以鉴定与特定疾病或病症相关的核酸。
在一些实施例中，本发明的装置、系统和方法可以包括a)获得样品，b)在适合样品中的分析物与捕获剂结合的条件下，将样品施加到含有与相关的分析物结合的捕获剂的装置上，c)洗涤装置，和d)读取装置，由此获得样品中分析物的量的测量值。在一些实施例中，分析物可以是生物标记、环境标记物或食品标记物。在一些情况下，样品是液体样品，并且可以是诊断样品(例如唾液、血清、血液、痰、尿液、汗液、泪液、精液或粘液)；环境样品、取自河流、海洋、湖泊、雨水、雪、污水、污水处理径流、农业径流、工业径流、自来水或饮用水；或从自来水、饮用水、制备食品、加工食品或生料中获得的食品样品。在一些实施例中，该装置可以置于微流体装置中，并且施加步骤b)可以包括将样品施加到包含该装置的微流体装置上。在一些实施例中，读取步骤d)可以包括检测来自该装置的荧光或发光信号。在一些实施例中，读取步骤d)可以包括利用被配置为读取该装置的手持式装置来读取该装置。该手持式装置可以是移动电话，例如智能手机。在一些实施例中，该装置可包括可与该装置上的分析物-捕获剂复合物结合的标记试剂。在一些实施例中，在步骤c)和d)之间，本发明的装置、系统和方法可以进一步包括将与装置上的分析物-捕获剂复合物结合的标记试剂施加到装置上，并洗涤装置的步骤。在任何实施例中，读取步骤d)可以包括读取装置的标识符。标识符可以是光学条形码、射频ID标签或其组合。在一些实施例中，本发明的装置、系统和方法还可包括将对照样品施加到含有与分析物结合的捕获剂的对照装置上，其中对照样品包括已知可检测量的分析物，并读取对照装置，从而获得样品中已知可检测量的分析物的对照测量。在一些实施例中，样品可以是获自受试者的诊断样品，分析物可以是生物标记物，并且测量的样品中分析物的量可以是疾病或病症的诊断。
在一些实施例中，本发明的装置、系统以及方法可进一步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病症的个体中的生物标记的测量的量和生物标记的测量值范围，其中相对于测量值范围的生物标记的测量的量用于诊断疾病或病症。在一些实施例中，本发明的装置、系统和方法可以进一步包括基于包括样品中生物标记的测量的量的信息诊断受试者。在一些实施例中，诊断步骤包括将包含所测量的生物标记物的量的数据发送到远程位置，并基于包括来自远程位置的测量的信息接收诊断。在一些实施例中，生物标记物可以选自表中所列的那些。在一些实施例中，该装置可包含各自结合本文所述生物标记的多种捕获剂，其中读取步骤d)包括获得样品中多种生物标记的量的测量值，并且其中样品中多种生物标记的量可用于诊断疾病或病症。在一些实施例中，捕获剂可以是抗体表位，而生物标记可以是结合抗体表位的抗体。在一些实施例中，抗体表位包括选自表的过敏原或其片段。在一些实施例中，抗体表位包括选自表的过敏原或其片段。在一些实施例中，抗体表位包括选自表的感染源衍生的生物分子或其片段。在一些实施例中，装置可以包含选自表的多个抗体表位，其中读取步骤d)包括获得样品中多个表位结合抗体的量的测量值，并且其中样品中多个表位结合抗体的量可用于诊断疾病或病症。
在一些实施例中，样品可以是环境样品，并且其中分析物可以是环境标记物。在一些实施例中，本文所述的环境标记物。在一些实施例中，该方法可包括接收或提供指示对暴露于获得样品的环境的受试者的安全性或危害性的报告。在一些实施例中，该方法可以包括将包含所测量的环境标记物的量的数据发送到远程位置，并且接收指示对暴露于从中获得样品的环境的受试者的安全性或危害性的报告。在任何实施例中，该装置可包括各自与本文所述的环境标记物结合的多种捕获剂，并且其中读取步骤d)可包括获得样品中多种环境标记物的量的测量值。
在一些实施例中，样品可以是食品样品，其中分析物可以是食品标记物，并且其中样品中食品标记物的量可以与食用食品的安全性相关。在一些实施例中，食品标记物是本文所述的示例。在任何实施例中，该方法可以包括接收或提供指示受试者食用从中获得样品的食品的安全性或危害性的报告。在任何实施例中，该方法可以包括将包含所测量的食品标记物的量的数据发送到远程位置，并且接收指示受试者食用从中获得该样品的食品的安全性或危害性的报告。在任何实施例中，该装置阵列可以包括多个捕获剂，这些捕获剂各自结合在本文描述的食品标记物，其中该获得可以包括获得该样品中的多个食品标记物的量的测量值，并且其中该样品中的多个食品标记物的量可以与食品的食用安全性相关联。
在一些实施例中，所述装置是微流体装置的一部分。在一些实施例中，所述装置、设备、系统以及方法用于检测荧光或发光信号。在一些实施例中，所述装置、系统以及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，所述装置、系统以及方法包括标识符或与标识符(比如但不限于光学条形码、射频ID标签或其组合)一起使用。
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疾病或状况的诊断结论。在一些实施例中，所述装置、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，所述装置、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，所述装置、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，所述装置、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，所述装置、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加工样品的方法。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，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，例如人类细胞、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...的大量拷贝)样品中的目标分子来检测核酸的任何技术，本文中“目标”是指相关的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、RACEPCR、数字PCR等，和等温扩增方法，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，“必需试剂”或“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+)、缓冲液、酶、添加剂和报告子。“用于核酸扩增的必要试剂”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。
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。合适的DNA依赖性聚合酶的示例包括但不限于AptaTaq聚合酶、Kapa2G Fast聚合酶、Kapa2G Robust、Z-Taq聚合酶、Terra PCR直接聚合酶、SpeedStar HS DNA聚合酶、Phusion DNA聚合酶和高保真DNA聚合酶。
如本文所使用，“添加剂”在一些实施例中包括但不限于7-脱氮-2’-脱氧鸟苷7-脱氮dGTP、BSA、明胶、甜菜碱、DMSO、甲酰胺、吐温20、NP-40、Triton X-100、四甲基氯化铵。
如本文所使用，术语“报告子”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。
在一些其他实施例中，如本文所使用，“必需试剂”或“试剂”(例如用于核酸扩增反应)还可以包括细胞裂解试剂，其有助于分解细胞结构。细胞裂解试剂包括但不限于盐、去污剂、酶，以及其他添加剂。本文所使用的术语“盐”包括但不限于锂盐(例如氯化锂)、钠盐(例如氯化钠)、钾盐(例如氯化钾)。本文所使用的术语“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、Sarkosyl，或其组合。本文所使用的术语“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，包括但不限于EDTA、EGTA和其他聚氨基羧酸，和一些还原剂，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。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。
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长度和构造不同的多种核酸。
在一些实施例中，使用报告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，报告子具有可定量的特征，其与封闭腔室中积累的核酸扩增子的有无与否，或数量相关。
如本文所使用，“细胞裂解试剂”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。本文所使用的术语“盐”包括但不限于锂盐(例如氯化锂)、钠盐(例如氯化钠)、钾盐(例如氯化钾)。本文所使用的术语“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、Sarkosyl，或其组合。本文所使用的术语“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，包括但不限于EDTA、EGTA和其他聚氨基羧酸，和一些还原剂，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，“必要试剂2”包括但不限于引物、脱氧核苷酸(dNTP)、二价阳离子(例如Mg2+)、单价阳离子(例如K+)、缓冲液、酶，以及报告子。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(例如石蜡)中的液体形式。
快速加热和冷却装置，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/冷却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/冷却层。例如，如图15A和15B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”和“QMAX板”是可互换的，并且可以用于标识本文描述的装置的实施例。
术语“X板”是指CROF卡中的两个板之一，其中间隔件固定到该板。COF卡、CROF卡和X板更多地详细描述于2017年2月7日提交的临时申请序列号62/456065中，其全部内容出于所有目的并入本文。
RHC卡是QMAX卡，在其中一个板之上或之内具有或不具有间隔件加上加热/冷却层。
图5示出了装置卡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可彼此相对移动成不同的构造，包括开放构造和闭合构造。在某些实施例中，在开放构造中，两个板部分或完全隔开，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，使得两个板可以彼此相对枢转。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/冷却层190。在某些实施例中，加热/冷却层190被配置为吸收电磁波并转换能量以增加样品的温度。
图4A和4B示出了本发明的装置的实施例的透视图和截面图。图4A示出了处于开放构造的装置(也称为系统的“样品保持器”)100。如图4A所展示，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分别包含内表面(分别为11和21)和外表面(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。其中一种构造是开放构造，其中如图4A所示，第一板10和第二板20是部分或完全隔开的，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。开放构造允许样品沉积在样品接触区域中的第一板、第二板或两者上。
如图4A所示，第二板20还包含样品接触区域中的加热/冷却层112。第一板10也可能可选地或附加地包含加热/冷却层112。在一些实施例中，加热/冷却层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，或者在任何两个值之间的范围内。加热/冷却层112还被配置为将吸收的辐射能量的至少大部分转换成热(热能)。例如，加热/冷却层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。本文所使用的术语“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。
图3A和3B展示了处于闭合构造的样品卡，其中加热/冷却层包含被加热源直接加热/待加热的加热区；图3A示出了透视图，而图3B示出了截面图。在一些实施例中，加热/冷却层包含正/直接被加热源加热的加热区。在一些实施例中，加热源发射电磁辐射(波)，该电磁辐射(波)在受到或不受到透镜或其他调制器的调制的情况下到达加热/冷却层。直接接收这种辐射(波)的区域称为加热区。
在一些实施例中，加热区小于加热/冷却层的整个面积。在一些实施例中，加热区占加热/冷却层的面积的约1/1000、1/500、1/200、1/100、1/50、1/20、1/10、1/5、1/2或2/3，或者在任何两个值之间的范围内。在一些实施例中，当通过两个板将样品装载并压成薄层时，直接在电磁波路径中或直接与加热区的区域接触的样品体积被称为加热体积。在一些实施例中，由于样品层是薄的和/或由于加热/冷却层的优异吸收性能，所以可以将加热体积中的样品快速加热至所需温度。在一些实施例中，加热体积中的样品也可以快速冷却至所需温度。
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作为示例来展示本发明的热循环仪系统和方法的性能和用途。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，可以用未处理的样品进行该测定(例如：PCR)。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变化/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和板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，该厚度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/冷却层112上)；加热/冷却层112被配置为吸收电磁波210并且将所述电磁波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/冷却层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80℃/s、70℃/s、60℃/s、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，或者在任何两个值之间的范围内的温度上升速率。在某些实施例中，PCR测定中的平均温度上升速率为10℃/s或更高。在一些实施例中、电磁波210的移除或电磁波210的强度的减小导致至少80℃/s、70℃/s、60℃/s、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，或者在任何两个值之间的范围内的温度下降速率。在某些实施例中，PCR测定中的平均温度下降速率为5℃/s或更高。如本文所使用，术语“升降温速率”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，样品需要保持在目标温度下一段时间。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9展示了根据一些实施例的使用装置进行核酸扩增的示例性过程的截面图。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。
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9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。第二板”可指在接触样品的内表面上具有周期性间隔件的板。
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/冷却层投射电磁波。加热/冷却层被配置为吸收电磁波并且将来自该电磁波的能量的至少大部分转换成热量的形式，这些热量被传递到封闭腔室中的样品。在一些实施例中，加热源被编程以在环境温度至98℃的范围内调节该样品的温度。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至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，例如当经由LAMP进行等温扩增时，将样品加热至60-65℃约1-70分钟。
图10展示了根据一些实施例的使用卡装置组合核酸提取和扩增的示例性测定方法的横截面图。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。
在一些实施例中，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。捕获探针可具有与样品中相关的核酸序列互补的序列。在一些实施例中，相同的捕获探针可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基板表面上。
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10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，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，比如人类细胞、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10提供了将样品引入到第一板内表面上的示例。
在一些实施例中，在步骤(C)中，将第二板按压到第一板(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。
在一些实施例中，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板的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的间隔件的板时，2分钟后指示实验数据，相关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，“未杂交的核酸”指未被固定的捕获探针捕获的核酸。
在一些实施例中，在图10的步骤(E)中，将第二板与第一板(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。
在一些实施例中，在图10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(例如石蜡)中的液体形式。
在一些实施例中，在图10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/冷却层投射电磁波。加热/冷却层被配置为吸收电磁波并且将来自该电磁波的能量的至少大部分转换成热量的形式，这些热量被传递到封闭腔室中的样品。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，或者在任何两个值之间的范围内，并且呈突出形或孔形。
多路复用
图8A和8B示出了处于开放构造(图8A)和闭合构造(图8B)的样品保持器100的透视图，其中在板上存在多个样品接触区域，从而允许处理和分析多个样品。如图8A和8B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8A，一个或两个板(例如第二板20)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(例如第二板20)包含多个加热/冷却层112。图8A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是部分或完全隔开的，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8B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压成层，该层的厚度由间隔机构调节。
如图8B所示，多个第一板10用于覆盖第二板20的一部分。例如，每个第一板10覆盖其上沉积有样品的单个样品接触区域。针对每个样品接触区域存在间隔机构，并且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非常均匀的间隔件；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8A和8B，在一些实施例中，控制器204引导加热源202将电磁波210投射到第二板20(并且因此投射到加热/冷却层112)上，其中，电磁波210被加热/冷却层112吸收并且转换成热量，导致样品中的温度变化。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。
其他示例性实施例
AAA-1.1.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板(10)、第二板(20)、加热层(112-1)和冷却层(112-2)，其中：
第一板和第二板中的每个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；其中该样品接触区域彼此面对，它们之间的平均间距为200μm或更小，并且能够接触该样品并将该样品夹在它们之间；
加热层：
被定位在其中一个板的内表面、外表面或内侧上，并且
被配置为加热样品的相关体积，其中该样品的相关体积是正被加热至期望温度的样品的一部分或全部；以及
冷却层：
位于其中一个板的内表面、外表面或内侧上；
被配置为冷却相关样品体积；以及
包含热导率与热容比为0.6cm2/sec或更大的材料层；
其中该冷却层与该相关样品体积的表面之间的距离是零或小于被配置为使得该冷却层与该相关样品体积的表面之间的每单位面积的热导率等于70W/(m2·K)或更大的距离；以及
其中，在一些实施例中，加热层和冷却层是具有加热区和冷却区的相同材料层，并且其中加热区和冷却区可以具有相同面积或不同面积。
AAA-1.2.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板(10)、第二板(20)、加热层(112-1)和冷却层(112-2)，其中：
第一板和第二板中的每个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；其中该样品接触区域彼此面对，彼此相隔200μm或更小的平均分隔距离，并且能够接触该样品并将该样品夹在它们之间；
加热层：
被定位在其中一个板的内表面、外表面或内侧上，
被配置为加热样品的相关体积，其中该样品的相关体积是正被加热至期望温度的样品的一部分或全部；以及
冷却层：
位于其中一个板的内表面、外表面或内侧上；
被配置为冷却相关样品体积；以及
包含具有0.6cm2/sec或更大的热导率与热容量比的材料层，其中高热导率与热容量比的层具有大于样品体积的横向面积的面积；
其中该冷却层与该相关样品体积的表面之间的距离是零或小于被配置为使得该冷却层与该相关样品体积的表面之间的每单位面积的热导率等于70W/(m2·K)或更大的距离；以及
其中，在一些实施例中，加热层和冷却层是具有加热区和冷却区的相同材料层，并且其中加热区和冷却区可以具有相同面积或不同面积。
AAA-1.3.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板(10)、第二板(20)、加热层(112-1)和冷却层(112-2)，其中：
第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造；
第一板和第二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；其中样品接触区域彼此面对，以200μm或更小的平均间距分离，并且能够将样品夹在它们之间；
加热层：
被定位在其中一个板的内表面、外表面或内侧上，
被配置为加热样品的相关体积，其中该样品的相关体积是正被加热至期望温度的样品的一部分或全部；以及
冷却层：
位于其中一个板的内表面、外表面或内侧上；
被配置为冷却相关样品体积；以及
包含热导率与热容比为0.6cm2/sec或更大的材料层；
其中该冷却层与该相关样品体积的表面之间的距离是零或小于被配置为使得该冷却层与该相关样品体积的表面之间的每单位面积的热导率等于70W/(m2·K)或更大的距离；
其中其中一种构造是开放构造，其中：这两个板是部分或完全隔开的并且这些板之间的平均间距是至少300μm；
其中这些构造中的另一种构造是闭合构造，在将流体样品沉积在开放构造中的一个或两个样品接触区域上之后再配置该闭合构造；并且在闭合构造中：样品的至少一部分被两个板限定成层，其中平均样品厚度为200μm或更小；并且
其中，在一些实施例中，加热层和冷却层是具有加热区和冷却区的相同材料层，并且其中加热区和冷却区可以具有相同面积或不同面积。
AAA-1.4.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板(10)、第二板(20)、间隔件、加热层(112-1)和冷却层(112-2)，其中：
第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造；
每个第一板和第二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；其中该样品接触区域彼此面对，它们之间的平均分离距离为200μm或更小，并且能够接触该样品并将该样品夹在它们之间；
一个或两个板包含间隔件，且间隔件固定于相应板的内表面上；
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，且预定间隔件间距；
加热层：
被定位在其中一个板的内表面、外表面或内侧上，
被配置为加热样品的相关体积，其中该样品的相关体积是正被加热至期望温度的样品的一部分或全部；以及
冷却层：
位于其中一个板的内表面、外表面或内侧上；
被配置为冷却相关样品体积；以及
包含热导率与热容比为0.6cm2/sec或更大的材料层；
其中该冷却层与该相关样品体积的表面之间的距离是零或小于被配置为使得该冷却层与该相关样品体积的表面之间的每单位面积的热导率等于70W/(m2·K)或更大的距离；
其中，其中的一个构造是开放构造，在开放构造中：两个板是部分或完全隔开的，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；并且
其中，另一个构造是闭合构造，在开放构造中沉积样品之后再配置该闭合构造；并且在该闭合构造中：该样品的至少一部分被两个板压为厚度非常均匀的层，其中该层的均匀厚度被板的样品接触表面限定并且被板和间隔件调节；以及
其中，在一些实施例中，加热层和冷却层是具有加热区和冷却区的相同材料层，并且其中加热区和冷却区可以具有相同面积或不同面积。
AAA-1.5.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板(10)、第二板(20)和加热/冷却层(112)，其中：
第一板(10)和第二板(20)彼此面对，并且彼此隔开一定距离；
每个板在其各自的内表面(11、21)上具有用于接触流体样品的样品接触区域；其中这些样品接触区域彼此面对、与该样品接触、将该样品夹在它们之间，并且彼此具有平均间距(102)，
加热/冷却层(112)位于第二板(20)的外表面(22)上；以及
加热/冷却层被配置为包括加热区和冷却区；其中该加热区被配置为加热该流体样品，该冷却区被配置为通过热辐射冷却而强烈冷却该样品；
其中该加热区被配置为接收来自加热源的加热能并且具有小于该加热/冷却层的总面积的面积；以及
其中加热层的加热区的至少一部分与样品区域重叠。
AAA-1.6.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板(10)、第二板(20)和加热/冷却层(112)，其中：
第一板(10)和第二板(20)中的每一个在其各自的内表面(11、21)上具有用于接触流体样品的样品接触区域；其中，该样品接触区域彼此面对，以平均间距(102)彼此分离，并且能够接触该样品并将该样品夹在它们之间；
加热/冷却层(112)具有50W/(m·K)或更大的热导率并且位于第二板(20)的外表面(22)、内表面或内上；以及
加热/冷却层被配置为包含加热区和冷却区；其中该加热区被配置为加热该样品的一部分并且具有小于该加热/冷却层的总面积的面积，并且其中该冷却区被配置为冷却该样品；
其中加热区、第二板以及该样品的部分被配置为具有2或更大的缩放导热比(STC比)；
其中该加热区被配置为接收来自加热源的加热能；并且其中该加热层的加热区的至少一部分与样品区域重叠。
AAA-1.7.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板(10)、第二板(20)和加热/冷却层(112)，其中：
每个板在其各自的内表面(11、21)上具有用于接触流体样品的样品接触区域；其中该样品接触区域彼此面对、与该样品接触、将该样品夹在它们之间，并且彼此具有平均间距(102)；
加热/冷却层(112)具有50W/(m·K)或更大的热导率并且位于第二板(20)的外表面(22)、内表面或内上；以及
加热/冷却层被配置为包含加热区和冷却区；其中该加热区被配置为加热该样品的一部分并且具有小于该加热/冷却层的总面积的面积，并且其中该冷却区被配置为冷却该样品；
其中加热区、第二板以及该样品的部分被配置为具有2或更大的缩放导热比(STC比)；
其中该加热/冷却层的热导率乘以其厚度在6×10-5W/K至3×10-4W/K的范围内。
其中该加热区被配置为接收来自加热源的加热能；以及
其中加热层的加热区的至少一部分与样品区域重叠。
AAA-2.1.根据前述任一实施例的装置，其中加热层被配置为由加热源加热。
AAA-2.2.根据前述任一实施例的装置，其中该加热层是与该冷却层相同的层，且该相同的层包含加热区面积和冷却区面积。
AAA-2.3.根据前述任一实施例的装置，其中该加热层(即，该加热区)具有小于该冷却层(即，冷却区)的面积。
AAA-2.4.根据前述任一实施例的装置，其中该加热层(即该加热区)具有占冷却层(即冷却区)面积的约1/100、1/50、1/20、1/10、1/8、1/6、1/5、1/4、1/3、1/2、2/3、3/4或5/6，或者在任何两个值之间的范围内的面积。
AAA-2.5.根据前述任一实施例的装置，其中该冷却层与该相关样品体积的表面之间的距离为零或小于配置为使得该冷却层与该相关样品体积的表面之间的每单位面积的热导率等于150W/(m2·K)或更大的距离。
AAA-2.6.根据前述任一实施例的装置，其中该加热层包含金属等离振子材料、超材料、黑硅、石墨、碳纳米管、硅夹层、石墨烯或超晶格，或其组合。
AAA-2.7.根据前述任一实施例的装置，其中该加热层包含Al、Ag或Au，具有或不具有涂料层。
AAA-2.8.根据前述任一实施例的装置，其中该加热层的每单位面积热导率等于或大于1000W/(m2·K)、2000W/(m2·K)、3000W/(m2·K)、4000W/(m2·K)、5000W/(m2·K)、7000W/(m2·K)、10000W/(m2·K)、20000W/(m2·K)、50000W/(m2·K)、50000W/(m2·K)、100000W/(m2·K)，或者在任何两个值之间的范围内。
AAA-2.9.根据前述任一实施例的装置，其中该加热层的每单位面积热导率在1000W/(m2·K)至2000W/(m2·K)、2000W/(m2·K)至4000W/(m2·K)、4000W/(m2·K)至10,000W/(m2·K)，或10000W/(m2·K)至100000W/(m2·K)的范围内。
AAA3.1根据前述任一实施例的装置，其中该冷却层的每单位面积热导率等于或大于1000W/(m2·K)、2000W/(m2·K)、3000W/(m2·K)、4000W/(m2·K)、5000W/(m2·K)、7000W/(m2·K)、10000W/(m2·K)、20000W/(m2·K)、50000W/(m2·K)、50000W/(m2·K)、50000W/(m2·K)、100000W/(m2·K)，或者在任何两个值之间的范围内。
AAA-3.2.根据前述任一实施例的装置，其中该冷却层的每单位面积热导率在1000W/(m2·K)至2000W/(m2·K)、2000W/(m2·K)至4000W/(m2·K)、4000W/(m2·K)至10,000W/(m2·K)，或10000W/(m2·K)至100000W/(m2·K)的范围内。
AAA-3.3 根据前述任一实施例的装置，其中冷却层主要通过热辐射冷却来冷却相关样品。
AAA-3.4 根据前述任一实施例的装置，其中通过热辐射冷却对该相关样品的冷却大于在该板的横向方向上通过热传导冷却对该相关样品的冷却。
AAA-3.5 根据前述任一实施例的装置，其中通过热辐射冷却对样品的冷却比通过热传导冷却的冷却大至少1.2倍、1.5倍、2倍、5倍、10倍、20倍、50倍、100倍、200倍、500倍或1000倍，或者在任何两个值之间的范围内。
AAA4.1 根据前述任一实施例的装置，其中该加热层或冷却层的厚度为约0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、100μm、200μm、500μm、1mm、2mm、5mm、10mm、20mm或50mm，或者在任何两个值之间的范围内。
AAA4.2根据前述任一实施例的装置，其中该加热层或冷却层的面积小于0.01mm2、0.02mm2、0.05mm2、0.1mm2、0.2mm2、0.5mm2、1mm2、2mm2、5mm2、10mm2、20mm2、50mm2、100mm2、200mm2、500mm2，或1000mm2，或者在任何两个值之间的范围内。
AAA4.3 根据前述任一实施例的装置，其中加热层或冷却层的面积尺寸为约1mm、2mm、3mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、12mm或15mm，或者在任何两个值之间的范围内。
AAA4.4 根据前述任一实施例的装置，其中该加热层或冷却层包含金属等离子体材料、超材料、黑硅、石墨、碳纳米管、硅夹层、石墨烯或超晶格或其组合。
AAA5.1 根据前述任一实施例的装置，其中该加热层和冷却层为结构上分离的层，该加热层具有加热区，且该冷却层具有冷却区。
AAA6.1.根据前述任一实施例的装置，其中该冷却区面积与该加热区面积的比率大于1、1.5、2、2.5、3、5、10、15、20、25、50、75、100、200、500或1000，或者在任何两个值之间的范围内。
AAA6.2 根据前述任一实施例的装置，其中冷却区面积大于相关样品体积的横向面积的倍数等于或大于通过热传导冷却进行的冷却的1.2倍、1.5倍、2倍、5倍、10倍、20倍、50倍、100倍、200倍、500倍、1000倍，或者在任何两个值之间的范围内。
AAA6.3 根据前述任一实施例的装置，其中该装置的冷却具有热辐射冷却，该热辐射冷却在热循环期间等于或大于总冷却的50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％，或者在任何两个值之间的范围内，其中总冷却是辐射冷却和传导冷却的总和。
AAA6.4 根据前述任一实施例的装置，其中在热循环期间，通过高K冷却层由热辐射对装置进行的冷却等于或大于总冷却的60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％，或者在任何两个值之间的范围内，其中总冷却是辐射冷却和传导冷却的总和。
AAA7.1 根据前述任一实施例的装置，其中至少一个板是柔性的。
AAA8.1 根据前述任一实施例的装置，其中该装置包含在该样品被两个板限定成薄层时调节该样品的厚度的间隔件。
AAA8.2 根据前述任一实施例的装置，其中间隔件具有间隔件间距离(ISD)，且其中该间隔件间距离(ISD)的四次幂除以柔性板的厚度(h)和杨氏模量(E)(ISD4/(hE))为5×106μm3/GPa或更小。
AAA8.3.根据前述任一实施例的装置，其中该间隔件具有接触填充因子，其中该接触填充因子与该间隔件的杨氏模量的乘积为2MPa或更大，且其中该接触填充因子在该样品接触区域中是间隔件与该板之间的接触面积与该总板面积的比率。
AAA8.4.根据前述任一实施例的装置，其中间隔件在样品接触区域中。
AAA8.5根据前述任一实施例的装置，其中间隔件具有柱的形状且具有基本上平坦的顶部。
AAA8.6 根据前述任一实施例的装置，其中该间隔件固定在一个或两个板上。
AAA8.7 根据前述任一实施例的装置，其中该间隔件具有均匀高度。
AAA8.8.根据前述任一实施例的装置，其中该样品的厚度与该间隔件的高度相同。
AAA9.1 根据前述任一实施例的装置，其中该加热和/或冷却层在其中一个板的内表面上。
AA9.2 根据前述任一实施例的装置，其中该加热和/或冷却层在其中一个板的外表面上。
AAA9.3 根据前述任一实施例的装置，其中加热层和冷却层是隔开的，加热层在其中一个板的外表面上，而冷却层在另一个板的外表面上。
AAA9.4 根据前述任一实施例的装置，其中加热层和冷却层是隔开的，加热层在其中一个板的内表面上，而冷却层在另一个板的内表面上。
AAA9.5 根据前述任一实施例的装置，其中加热层和冷却层是隔开的，加热层在其中一个板的内表面或外表面上，而冷却层在另一个板的内表面或外表面上。
AAA9.6 根据前述任一实施例的装置，其中加热层和冷却层在一个或两个板内。
AAA9.7 根据前述任一实施例的装置，其中加热区和冷却区部分重叠在加热和/或冷却层上。
AAA10.1 根据根据前述任一实施例的装置，其中第一板或第二板的厚度小于10nm、100nm、200nm、500nm、1000nm、2μm(微米)、5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、150μm、200μm、300μm、500μm、800μm、1mm(毫米)、2mm、3mm、5mm、10mm、20mm、50mm、100mm、500mm，或者在任何两个值之间的范围内。
AAA10.2根据前述任一实施例的装置，其中第一板或第二板的横向面积小于1mm2(平方毫米)、10mm2、25mm2、50mm2、75mm2、1cm2(平方厘米)、2cm2、3cm2、4cm2、5cm2、10cm2、100cm2、500cm2、1000cm2、5000cm2、10cm2、000cm2、10,000cm2，或者在任何两个值之间的范围内。
AAA10.3 根据前述任一实施例的装置，其中第一板或第二板包含丙烯酸酯聚合物、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。
AAA10.3.1 根据前述任一实施例的装置，其中第一板或第二板包含PMMA。
AAA10.4 根据前述任一实施例的装置，其中该板与容纳该板的结构热隔离。
AAA11.1 根据前述任一实施例的装置，其中相关样品的体积为约0.01μl、0.02μl、0.05μl、0.1μl、0.2μl、0.5μl、1μl、2μl、5μl、10μl、20μl、50μl、100μl、200μl、500μl、1ml、2ml、5ml、10ml、20ml或50ml，或者在任何两个值之间的范围内。
AAA11.2 根据前述任一实施例的装置，其中相关样品区域的横向平均尺寸与样品厚度的比率大于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、500、1000、2000、5000、100,000，或者在任何两个值之间的范围内。
AAA12.1 根据前述任一实施例的装置，其中该板被配置为可由人手直接操作。
AAA12.2 根据前述任一实施例的装置，其中该板被配置为用不精确的力直接由人手挤压，该不精确的力既不设定为精确水平也不基本上均匀。
AAA12.3 根据前述任一实施例的装置，还包含铰链，该铰链连接第一板和第二板并允许该两个板相对于彼此枢转到不同构造中。
AAA12.4 根据前述任一实施例的装置，其中至少一个板包含位于该板的边缘或拐角处的一个或多个的开放凹口，且该凹口有助于在不同构造之间改变该板。
AAA12.5 根据前述任一实施例的装置，其中至少一个板包含位于该板的边缘或拐角处的一个或多个的开放凹口，且该凹口促进将该板从接近或处于闭合构造的配置改变为开放构造。
AAA13.1.样品盒，包含根据前述任一实施例中的装置，以及被配置为支撑该装置的样品支撑件。
AAA13.2 根据前述任一实施例的样品盒，其中该样品支撑件包含允许能量到达该加热层的一个或多个孔。
AAA14.1 用于快速改变流体样品的温度的设备，包含：
根据前述任一实施例中的装置；
加热源，被配置为向该装置供应能量。
AAA14.2 根据前述任一实施例的设备，其中该加热源被配置为辐射波长范围内的电磁波，该加热/冷却层具有50％或更高的吸收系数。
AAA14.3.根据前述任一实施例的设备，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、一盏灯或灯阵列或其组合。
AAA14.4.根据前述任一实施例的设备，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。
AAA14.5 根据前述任一实施例的设备，还包含位于该加热源与该装置之间的光导管，其中该光导管被配置为将该能量从该加热源引导到该加热层。
AAA15.1 用于快速改变流体样品的温度的设备，包含：
根据前述任一实施例中的装置；以及
被配置为容纳该装置的转接器。
AAA15.2 根据前述任一实施例的设备，其中该转接器包含样品槽，该样品槽被配置为容纳该装置并定位该装置以接收来自该加热源的电磁波。
AAA15.3.根据前述任一实施例的设备，其中转接器包含被配置为允许该装置滑入该样品槽中的滑块。
AAA16.1 用于快速改变流体样品的温度的设备，包含：
根据前述任一实施例中的装置；
加热源，其被配置为向该装置供应能量；以及
控制器，被配置为控制该加热单元。
AAA16.2 根据前述任一实施例的设备，其中该控制单元被配置为控制来自该加热源的电磁波。
AAA16.3 根据前述任一实施例的设备，其中控制单元被配置为控制电磁波的有无、强度、波长、频率，和/或角度。
AAA16.2 根据前述任一实施例的设备，其中该控制单元包含温度传感器，该温度传感器被配置为检测该样品的温度。
A16.2.1 根据前述任一实施例的设备，其中该控制单元基于由该温度传感器检测到的温度控制由该加热源供应的能量。
AAA17.1 用于快速改变流体样品的温度的系统，包含：
根据前述任一实施例中的装置，
加热源，被配置为发射能够被该装置接收的电磁波；以及
控制单元，被配置为至少部分地通过改变来自该加热源的电磁波来控制该样品的加热和冷却。
AAA17.2 根据前述任一实施例的系统，还包含被配置为容纳该装置的转接器。
AAA17.3 根据前述任一实施例的系统，还包含被配置为将电磁波从该加热源引导到该装置的光导管。
AAA17.4 根据前述任一实施例的系统，还包含信号传感器，该信号传感器被配置为检测来自样品的信号。
AAA17.4.1 根据前述任一实施例的系统，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。
AAA18.1.用于快速改变流体样品的温度的试剂盒，包含：
根据前述任一实施例中的装置；以及
用于促进化学/生物反应的试剂。
AAA18.2 根据前述任一实施例的试剂盒，其中该试剂被配置用于核酸扩增：
AAA18.3 根据前述任一实施例的试剂盒，其中该试剂包含预混合聚合酶链式反应(PCR)介质。
AAA18.4 根据前述任一实施例的试剂，其中该试剂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。
AAA18.5 根据前述任一实施例的试剂盒，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、酶或报告子，或其任何组合或混合物。
AAA18.6 根据前述任一实施例的试剂盒，其中该试剂是以在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。
AAA18.7 根据前述任一实施例的试剂盒，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。
AAA18.8 根据前述任一实施例的试剂盒，其中该试剂包含“报告子”，该“报告子”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。
AAA18.9 根据前述任一实施例的试剂盒，其中该试剂包含被配置为促进分解细胞结构的细胞溶解试剂。
AAA19.1 根据前述任一实施例的装置、设备、系统和/或试剂盒，其中该加热层和/或该冷却层通过电子束蒸发附接到该第一板和/或该第二板。
AAA19.2.根据前述任一实施例的装置、设备、系统和/或试剂盒，其中该加热层和/或该冷却层包含金，且该金通过电子束蒸发附接到该第一板和/或该第二板。
AA1.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板、第二板以及加热/冷却层，其中：
板可相对于彼此移动成不同的构造；
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
该加热/冷却层被配置为加热该流体样品；
其中该加热/冷却层是(a)在其中一个板上(内表面或外表面)或在其中一个板内，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该加热层；
其中加热/冷却层的加热区域的至少一部分与样品区域重叠，
其中其中一种构造是开放构造，其中：这两个板是部分或完全隔开的并且这些板之间的平均间距是至少300μm；以及
其中这些构造中的另一种构造是闭合构造，在将流体样品沉积在开放构造中的一个或两个样品接触区域上之后再配置该闭合构造；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.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
样品保持器和加热/冷却层，其中：
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；
第一板和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
加热/冷却层：(1)具有小于1mm的厚度，(2)具有基本上小于第一板或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该至少一部分流体样品的温度。
AA2.2.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
样品保持器和加热/冷却层，其中：
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；
第一板和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，
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
加热/冷却层具有小于1mm的厚度与小于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至少一部分流体样品的温度。
AA2.3.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
样品保持器和加热/冷却层，其中：
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；
第一板和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，
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
加热/冷却层：(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至少一部分流体样品的温度。
AA3.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
样品保持器和加热/冷却层，其中：
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；
第一板和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，
第一板与加热/冷却层接触且厚度为1μm或更小，第二板不与加热/冷却层接触且厚度为5mm或更小；并且
加热/冷却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.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
样品保持器和加热/冷却层，其中：
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；
第一板和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，
第一板与加热/冷却层接触且厚度为1μm或更小，而第二板不与加热/冷却层接触且厚度为0.1-2mm；以及
加热/冷却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。
AA6.1 根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层在其中一个板的内表面上。
AA6.2 根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层在其中一个板的外表面上。
AA6.3 根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层在其中一个板的内。
AA6.4 根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层与至少一个板接触。
AA6.5 根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层不与任何板接触。
AA6.6 根据前述任一实施例的装置，其中当该板处于该闭合构造时，该加热/冷却层与该样品接触。
AA7.根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层由单一材料或复合材料制成。
AA7.1 根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层包含具有高吸收表面的半导体或金属材料。
AA7.2 根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层包含硅、Ge、InP、GaAs、CdTe、CdS、aSi、包括Au、Al、Ag、Ti的金属、碳涂覆的Al、涂黑漆的Al、碳(石墨烯、纳米管、纳米线)或其组合。
AA7.3 根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层充当快速加热导电层包含硅、Ge、InP、GaAs、CdTe、CdS、aSi、包括Au、Al、Ag、Ti的金属、碳涂覆的Al、涂黑漆的Al、碳(石墨烯、纳米管、纳米线)或其组合。
AA8.根据前述任一实施例的装置，其中该加热区域的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。
AA8.1 根据前述任一实施例的装置，其中加热区域与样品区域重叠的部分小于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.根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层的吸收系数大于30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％，或者在任何两个值之间的范围。
AA9.1.根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层的吸收系数大于60％、70％、80％、90％，或者在任何两个值之间的范围。
AA9.2.根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层的吸收系数大于60％。
AA10.根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层的吸收波长范围为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.根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却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。
AA12.根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层的面积为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.根据前述任一实施例的装置，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.根据前述任一实施例的装置，其中该第一板的厚度等于10至200μm。
AA14.根据前述任一实施例的装置，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.根据前述任一实施例的装置，其中该第二板的厚度等于10至1000μm。
AA15.根据前述任一实施例的装置，其中该样品层具有非常均匀的厚度。
AA15.1根据前述任一实施例的装置，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.根据前述任一实施例的装置，其中该样品层的厚度为1至100μm。
AA16.根据前述任一实施例的装置，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，或者在任何两个值之间的范围内。
AA17.1 根据前述任一实施例的装置，其中至少一个板的面积在500至1000mm2的范围内；或约750mm2。
AA18.根据前述任一实施例的装置，还包含被配置为调节该样品层的厚度的间隔件。
AA18.1.根据前述任一实施例的装置，其中该间隔件固定在一个或两个板上。
AA18.2 根据前述任一实施例的装置，其中该间隔件固定在一个或两个板的内表面上。
AA18.3 根据前述任一实施例的装置，其中该间隔件具有均匀的高度。
AA18.4 根据前述任一实施例的装置，其中至少一个间隔件位于样品接触区域内。
AA18.5 根据前述任一实施例的装置，其中该样品层的厚度与该间隔件的高度相同。
AA19.根据前述任一实施例的装置，其中一个或两个板是柔性的。
AA20.根据前述任一实施例的装置，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的液体的蒸发。
AA21.根据前述任一实施例的装置，还包含附接到第一板和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固持该装置并调节该样品层的厚度。
AA22.根据前述任一实施例的装置，其中该第二板对于来自该样品的电磁波是透明的。
AA23.根据前述任一实施例的装置，其中该样品保持器和该加热/冷却层通过热耦合器连接。
AA24.根据前述任一实施例的装置，其中该样品的至少一部分和该加热/冷却层的面积基本上大于均匀厚度。
AA25.根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层被配置为吸收电磁波，该电磁波选自无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波、X射线、γ射线，以及热辐射。
AA26.根据前述任一实施例的装置，其中该样品包含预混合聚合酶链式反应(PCR)介质。
AA27.根据前述任一实施例的装置，其中该样品层被横向密封以减少样品蒸发。
AA28.根据前述任一实施例的装置，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面积；样品液体区域的面积小于第一板和第二板的尺寸。
AA29.根据前述任一实施例的装置，其中该流体样品包含经加工或未经加工的体液。
AA30.根据前述任一实施例的装置，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、食糜、内淋巴、外淋巴、粪便、胃酸、胃液、淋巴、粘液、鼻引流液、痰液、心包液、腹膜液、胸膜液、脓液、风湿、唾液、皮脂、精液、痰液、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.根据前述任一实施例的装置，其中该流体样品包含核酸或蛋白质或其混合物。
AA32.根据前述任一实施例的装置，其中该流体样品包含DNA或RNA或其混合物。
具有加热源的设备
BB1.用于快速改变流体样品的温度的设备，包含：
架，能够保持任何AA实施例中的装置；以及
加热源，被配置为向该加热/冷却层供应能量；以及
控制器，被配置为控制该加热源。
BB1.1.根据前述任一BB实施例的设备，其中该热源被配置为辐射波长范围内的电磁波，该加热/冷却层具有50％或更高的吸收系数。
BB2.根据前述任一BB实施例的设备，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、一盏灯或灯阵列或其组合。
BB2.1.根据前述任一BB实施例的设备，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.根据前述任一BB实施例的设备，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根据前述任一BB实施例的设备，其中电磁波的波长是100nm-300nm、400nm-700nm(可见范围)、700nm-1000nm(IR范围)、1μm-10μm、10μm-100μm，或者在任何两个值之间的范围内。
BB4.根据前述任一BB实施例的设备，还包含散热器，该散热器被配置为吸收从该样品保持器和/或该热源散发的热量的至少一部分。
BB4.1.根据前述任一BB实施例的设备，其中该散热器是至少部分地包围该装置的室。
BB4.2.根据前述任一BB实施例的设备，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/冷却层的下孔和被配置为允许该样品成像的上孔。
BB5.根据前述任一BB实施例的设备，其中通过光、电、RF或其组合加热该样品保持器。
BB6.用于快速改变流体样品的温度的设备，包含：
AA 实施例中任一项中的装置；以及
散热器，被配置为吸收从该样品保持器和/或该加热源散发的热量的至少一部分。
BB7.根据前述任一BB实施例的设备，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该加热源到达该加热/冷却层的辐射孔口，和被配置为允许该样品成像的光学孔口。
BB8.根据前述任一BB实施例的设备，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.根据前述任一BB实施例的设备，其中该腔室具有非反射性内表面。
BB11.1.根据前述任一BB实施例的设备，其中该腔室具有由黑色金属制成的内表面。
BB12.根据前述任一BB实施例的设备，其中该装置与该腔室壁悬置(即，具有最小)热传导接触。
BB13.根据任一BB实施例的设备，其中该散热器配置为将该样品保持器连接到移动装置。
BB13.1根据实施例B13所述的设备，其中该移动装置是包含相机的智能手机。
BB14.根据任一BB实施例的设备，其中该散热器包含优化捕获该样品卡中的该样品的图像的光学元件。
CC1.用于快速改变流体样品的温度的系统，包含：
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
信号传感器，被配置为感测来自该装置上的样品的信号。
CC2.根据前述任一CC实施例的系统，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根据前述任一CC实施例的系统，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.根据前述任一CC实施例的系统，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.根据前述任一CC实施例的系统，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.根据前述任一CC实施例的系统，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.根据前述任一CC实施例的系统，还包含结合到加热/冷却层的热耦合器。
CC8.根据前述任一CC实施例的系统，还包含监控加热/冷却层温度的恒温器。
CC9.根据前述任一CC实施例的系统，还包含温度监测染料，其被配置为便于监测装置中的样品的温度。
CC9.1.根据前述任一CC实施例的系统，其中该温度监测染料为液体形式。
CC9.2.根据前述任一CC实施例的系统，其中温度监测染料包含LDS688、LDS698、LDS950、LD390、LD423、LD425或IR144，或其组合。
DD1.根据前述任一实施例的装置、设备或系统，其中：
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；
样品层厚度为0.1-200μm；
第一板与加热/冷却层接触且厚度为500μm或更小，第二板不与加热/冷却层接触且厚度为5mm或更小；并且
加热/冷却层：(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.根据前述任一实施例的装置、设备或系统，其中：
该加热/冷却层该第一板的内表面上，并在该板处于闭合构造时与该样品接触；
加热/冷却层由硅制成；并且
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.根据前述任一实施例的装置、设备或系统，其中：
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/冷却层具有50％或更高的吸收系数；
存在包含被配置为允许电磁波通过其从该加热源到达该加热/冷却层通过的下部孔口，以及被配置为允许该样品成像的上部孔口的腔室；并且
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。
EE1.1.用于快速改变流体样品的温度的方法，包含：
提供包含第一板、第二板、加热层和冷却层的装置，其中：
每个板在其各自的内表面上包含样品接触区域；
加热层位于其中一个板的内表面上、外表面上或内侧；并且被配置为加热该样品的相关体积，其中该样品的相关体积是正被加热至期望温度的该样品的一部分或全部；以及
冷却层位于其中一个板的内表面上、外表面上或内侧；并且被配置为冷却相关样品体积；并且包括具有0.6cm2/sec或更大的热导率与热容量比的材料层，其中高热导率与热容量比层的面积大于样品体积的横向面积；
其中该冷却层与该相关样品体积的表面之间的距离是零或小于被配置为使得该冷却层与该相关样品体积的表面之间的每单位面积的热导率等于150W/(m2·K)或更大的距离。
将流体样品沉积在相应板的一个或两个样品接触区域上；
用手按压该板以使该样品接触区域彼此面对，其中该板间隔200μm或更小的平均间隔距离、将该样品夹在它们之间，并且将该样品的至少一部分按压成薄层：
改变和/或维持装置中相关体积的温度。
EE1.2.用于快速改变流体样品的温度的方法，包含：
提供SC-A实施例中的装置：
将流体样品沉积在相应板的一个或两个样品接触区域上；
用手按压这些板以将该样品夹在它们之间并且将该样品的至少一部分按压成薄层：
改变和/或维持装置中相关体积的温度。
EE1.3.用于快速改变流体样品的温度的方法，包含：
获取CC实施例中的系统；
将流体样品沉积在样品保持器中；
按压第一板和第二板以将该样品的至少一部分压成厚度均匀的层；以及
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.根据前述任一EE实施例的方法，其中改变样品层的温度包含升高温度或降低温度。
EE3.根据前述任一EE实施例的方法，还包含用该光学传感器对该样品层成像。
EE4.根据前述任一EE实施例的方法，还包含监测该样品层的温度并调节改变和维持该样品层的温度的步骤。
EE5.根据前述任一EE实施例的方法，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.根据前述任一EE实施例的方法，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.根据前述任一EE实施例的方法，还包含实时监测该样品中分析物的量。
FF1.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含核酸。
FF1.1 根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含DNA。
FF1.2 根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中样品包含RNA。
FF1.3 根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中样品包含DNA或RNA分子，或DNA/RNA杂合体，或DNA和/或RNA的混合物。
FF1.4 根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中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 根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中样品包含天然DNA和/或RNA分子，或合成的DNA和/或RNA分子。
FF1.6 根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中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 根据前述任一实施例的装置、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类细胞、动物细胞、植物细胞、细菌细胞、真菌细胞和/或病毒颗粒。
FF1.8 根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含纯化的核酸。
FF2.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含蛋白质和/或脂质。
FF3.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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)样品中的该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.根据前述任一实施例的装置、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，和等温扩增方法，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.根据前述任一实施例的装置、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、酶或报告子，或其任何组合或混合物。
FF3.5.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中试剂是以在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.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该试剂包含“报告子”，该“报告子”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 根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该报告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。
FF3.9.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该试剂包含细胞溶解试剂，其被配置为促进分解细胞结构。
FF3.9.1.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该细胞溶解试剂包括但不限于盐、去污剂、酶和其他添加剂。
FF3.9.2.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该样品包含细胞结构，例如但不限于人类细胞、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。
GG1.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该分析物是用溴化乙锭(EB)、亚甲蓝、SYBR绿I、SYBR绿II、派洛宁Y、DAPI、吖啶橙或Nancy-520或其组合染色的核酸。
GG5.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该分析物是用溴化乙锭(EB)、亚甲蓝、派洛宁Y、DAPI、吖啶橙或Nancy-520或其组合染色，并用荧光强度测量的DNA。
GG6.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该分析物是用溴化乙锭(EB)、亚甲蓝、派洛宁Y、DAPI、吖啶橙或Nancy-520或其组合染色，并用比色强度测量的DNA。
GG7.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该分析物是用溴化乙锭(EB)、亚甲蓝、SYBR绿II、派洛宁Y或吖啶橙或其组合染色，并用荧光强度测量的RNA。
GG8.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该分析物是用溴化乙锭(EB)、亚甲蓝、SYBR绿II、派洛宁Y或吖啶橙或其组合染色，且用比色强度测量的RNA。
GG9.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该分析物是待由报告者检测的核酸。
GG9.1.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该报告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.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该报告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.根据前述任一实施例的装置、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子的量。
HH1.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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诊断测试、健康监测、环境测试，和/或法医鉴定。
HH3.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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.根据前述任一实施例的装置、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根据前述任一实施例的装置、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，其中目标分子是指目的核酸的序列或部分序列。
HH6 根据前述任一实施例的装置、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。
A1.用于快速改变流体样品的温度的装置，包含：
第一板、第二板以及加热/冷却层，其中：
加热/冷却层在其中一个板上，
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
板具有用于快速改变样品的温度的构造，其中：
样品接触区域彼此面对并且明显平行，
接触区域之间的平均间距等于或小于200微米，
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上停滞，
加热/冷却层在厚度均匀的样品的至少一部分的附近，
样品的至少一部分和加热/冷却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/冷却层包含碳或黑色纳米结构或其组合。
A4.根据任一A1-A3实施例的装置，其中加热/冷却层被配置为吸收辐射能。
A5.根据任一A1-A4实施例的装置，其中加热/冷却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.根据任一A1-A5实施例的装置，其中加热/冷却层位于该样品层下方并且与该样品层直接接触。
A7.根据任一A1-A6实施例的装置，其中该加热/冷却层被配置为吸收电磁波，该电磁波选自无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波、X射线、γ射线，以及热辐射。
A8.根据任一A1-A7实施例的装置，其中至少一个板不阻挡该加热/冷却层吸收的辐射。
A9.根据任一A1-A8实施例的装置，其中该一个或两个板具有低热导率。
A10.根据任一A1-A9实施例的装置，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.根据任一A1-A10实施例的装置，其中该样品包含预混合聚合酶链式反应(PCR)介质。
A12.根据任一A11实施例的装置，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.根据任一A1-A12实施例的装置，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.根据任一A1-A13实施例的装置，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.根据任一A1-A14实施例的装置，其中该样品层被横向密封以减少样品蒸发。
B1.用于快速改变流体样品的温度的系统，包含：
第一板、第二板、加热/冷却层以及加热源，其中：
加热/冷却层在其中一个板上；
加热源被配置为辐射由加热/冷却层明显吸收的电磁波；
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
板具有用于快速改变样品的温度的构造，其中：
样品接触区域彼此面对并且明显平行，
接触区域之间的平均间距等于或小于200μm，
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上停滞，
加热/冷却层在厚度均匀的样品的至少一部分的附近，
样品的至少一部分和加热/冷却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/冷却层包含磁盘耦合柱点天线(D2PA)阵列、硅夹层、石墨烯、超晶格或其他等离子体材料，或其组合。
B3.根据实施例B1的系统，其中该加热/冷却层包含碳或黑色纳米结构或其组合。
B4.根据任一B1-B3实施例的系统，其中该加热/冷却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.根据任一B1-B4实施例的系统，其中该加热/冷却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.根据任一B1-B5实施例的系统，其中该加热/冷却层在该样品层下方并且与该样品层直接接触。
B7.根据任一B1-B6实施例的系统，其中该加热/冷却层被配置为吸收电磁波，该电磁波选自无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波、X射线、γ射线，以及热辐射。
B8.根据任一B1-B7实施例的系统，其中至少一个板不阻挡来自加热源的辐射。
B9.根据任一B1-B8实施例的系统，其中一个或两个板具有低热导率。
B10.根据任一B1-B9实施例的系统，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.根据任一B1-B10实施例的系统，其中该样品包含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.根据任一B1-B12实施例的系统，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.根据任一B1-B15实施例的系统，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.根据任一B1-B14实施例的系统，其中该样品层被横向密封以减少样品蒸发。
B16.根据任一B1-B15实施例的系统，还包含：控制器，被配置为控制该电磁波的有无、强度、波长、频率，和/或角度。
B17.根据任一B1-B16实施例的系统，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.根据任一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.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/冷却层、加热源以及控制器，其中：
加热/冷却层在其中一个板上；
加热源被配置为辐射由加热/冷却层明显吸收的电磁波；
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；
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
板具有用于快速改变样品的温度的构造，其中：
样品接触区域彼此面对并且明显平行，
接触区域之间的平均间距等于或小于200μm，
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上停滞，
加热/冷却层在厚度均匀的样品的至少一部分的附近，
样品的至少一部分和加热/冷却层的面积基本上大于均匀厚度。
C2.根据任一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有无、强度、波长、频率，和/或角度。
C3.根据任一C1或C2的系统，其中该加热源和该加热/冷却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.根据任一C1-C2实施例的系统，其中该加热源和该加热/冷却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.根据任一C1-C2实施例的系统，其中该加热源和该加热/冷却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.根据任一C1-C5实施例的系统，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.用于快速改变流体样品的温度的方法，包含：
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；
提供加热/冷却层和加热源，其中加热/冷却层在其中一个板上，并且加热源被配置为辐射由加热/冷却层明显吸收的辐射电磁波；
将流体样品沉积到在一个或两个板上；
将板按压成闭合构造，其中：
样品接触区域彼此面对并且明显平行，
接触区域之间的平均间距等于或小于200μm，
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上停滞，
加热/冷却层在厚度均匀的样品的至少一部分的附近，
样品的至少一部分和加热/冷却层的面积基本上大于均匀厚度；以及
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。
D2.根据任一D1实施例的方法，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.根据任一D1或D2实施例的方法，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.根据任一D1-D3实施例的方法，其中厚度非常均匀的层具有小于10％的厚度变化。
D5.根据任一D1-D4实施例的方法，其中该加热/冷却层包含磁盘耦合柱点天线(D2PA)阵列、硅夹层、石墨烯、超晶格或其他等离子体材料，或其组合。
D6.根据任一D1-D5实施例的方法，其中该加热/冷却层包含碳或黑色纳米结构或其组合。
D7.根据任一D1-D6实施例的方法，其中该加热/冷却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.根据任一D1-D7实施例的方法，其中该加热/冷却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.根据任一D1-D8实施例的方法，其中该加热/冷却层被定位在该样品层下方并且与该样品层直接接触。
D10.根据任一D1-D9实施例的方法，其中该加热/冷却层被配置为吸收电磁波，该电磁波选自无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波、X射线、γ射线，以及热辐射。
D11.根据任一D1-D10实施例的方法，其中至少一个板不阻挡来自该加热源的辐射。
D12.根据任一D1-D11实施例的方法，其中该一个或两个板具有低热导率。
D13.根据任一D1-D12实施例的方法，其中该样品层的均匀厚度由固定于该一个或两个板的一个或多个间隔件调节。
D14.根据任一D1-D13实施例的方法，其中该样品包含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.根据任一D1-D15实施例的方法，其中该方法用于进行诊断测试、健康监测、环境测试和/或法医鉴定。
D17.根据任一D1-D16实施例的方法，其中该方法用于进行DNB扩增、DNB定量、选择性DNB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.根据任一D1-D17实施例的方法，其中将该样品层横向密封以减少样品蒸发。
D19.根据任一D1-D18实施例的方法，其中该加热源由控制器控制，该控制器被配置为控制这些电磁波的有无、强度、波长、频率和/或角度。
D20.根据任一D1-D19实施例的方法，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.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：
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；
提供加热/冷却层、加热源和控制器，其中加热/冷却层在其中一个板上，并且加热源被配置为辐射由加热/冷却层明显吸收的辐射电磁波；
将流体PCR样品沉积在一个或两个板上；
将板按压成闭合构造，其中：
样品接触区域彼此面对并且明显平行，
接触区域之间的平均间距等于或小于200μm，
两个板将PCR样品的至少一部分限制成厚度非常均匀的层并且相对于板基本上停滞；
加热/冷却层在厚度均匀的PCR样品的至少一部分的附近，
样品的至少一部分和加热/冷却层的面积基本上大于均匀厚度；以及
使用控制器控制加热源，以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.根据任一E1-E2实施例的系统，其中该加热源和该加热/冷却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.根据任一E1-E3实施例的方法，其中该PCR样品包含：模板DNA、引物DNA、阳离子、聚合酶和缓冲液。
NN1.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：
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
板具有用于快速改变样品的温度的构造，其中：
样品接触区域彼此面对并且明显平行，
接触区域之间的平均间距等于或小于200微米，
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上停滞，
加热/冷却层在厚度均匀的样品的至少一部分的附近，
样品的至少一部分和加热/冷却层的面积基本上大于均匀厚度。
JJ1.根据前述任一实施例的装置，还包含铰链，该铰链连接第一板和第二板，且配置为允许该两个板围绕该铰链旋转到不同构造中。
JJ2.根据前述任一实施例的装置，其中在通过外力调节该板的相对位置之后，该铰链将该两个板之间的角度维持在刚好在移除该外力之前与该角度成5度以内。
JJ3.根据前述任一实施例的装置，其中在通过外力调节该板的相对位置之后，该铰链将该两个板之间的角度维持在刚好在移除该外力之前与该角度成10度以内。
JJ4.根据前述任一实施例的装置，其中该铰链由一片厚度大致均匀的铰链材料制成，其中该铰链材料附接到该第一板的该内表面的一部分和该第二板的该外表面的一部分，且该附接使用操作不完全分离。
JJ5.根据前述任一实施例的装置，其中该铰链由一片厚度大致均匀的铰链材料制成，其中该铰链材料附接到第一板和第二板的外表面的一部分，且通过使用操作而使得该附接不完全分离。
JJ6.根据前述任一实施例的装置，其中铰链材料是金属。
JJ7.根据前述任一实施例的装置，其中该铰链材料选自金、银、铜、铝、铁、锡、铂、镍、钴及其合金。
JJ8.根据前述任一实施例的装置，其中，该铰链包含第一叶片、第二叶片和接头，该接头连接该叶片并且被配置为该叶片围绕该接头旋转，
其中该第一叶片被附接到该第一板内表面上而不缠绕该第一板的任何边缘，该第二叶片被附接到该第二板外表面上，并且该接头被定位成纵向平行于该第二板的铰接边缘，从而允许这两个板围绕该接头旋转。
KK1.根据前述任一实施例的装置，其中：
其中一个板包含在该板的一个或多个边缘上的一个或多个开放凹口，并且
在闭合构造处或附近，另一个板的边缘被配置为与开放凹口重叠。
KK2.根据前述任一实施例的装置，其中该凹口有助于将该板从接近或处于闭合构造的构造改变成用于样品沉积的开放构造。
KK3.根据前述任一实施例的装置，其中至少一个凹口的宽度在凹口形边缘的宽度的1/6至2/3的范围内。
KK4.根据前述任一实施例的装置，其中不具有该凹口的板的开口边缘在除了该凹口上方的部分之外的凹口形边缘内。
KK5.根据前述任一实施例的装置，其中第一板包含一个或多个凹口形边缘，每个凹口形边缘具有至少一个凹口；该第二板包含一个或多个对应的开口边缘，该开口边缘并列设置在该凹口上，允许使用者推压该凹口上的一个开口边缘，以在该闭合构造和该开放构造之间切换该两个板，或者改变第一板和第二板形成的角度。
KK6.根据前述任一实施例的装置，其中该凹口定位在两个相邻凹口形边缘的相交处。
LL1.根据前述任一实施例的装置，其中前述任一装置实施例，其中每个板在其相应外表面上还包含力区域，该力区域用于施加将该板压紧在一起的按压力，且其中该力是在施加力时的不精确的力，该力的大小(a)未知且不可预测，或(b)未知且不能在等于或优于所施加力的30％的精度内预测。
LL2.根据前述任一实施例的装置，其中每个板在其相应外表面上还包含力区域，该力区域用于施加将板压紧在一起的按压力，且其中该按压力是在施加力时的不精确的力,该力的大小不能在等于或优于30％、40％、50％、70％、100％、200％、300％、500％、1000％、2000％或在这两个值之间的任何范围内的精度范围内确定。
LL3.根据前述任一实施例的装置，其中该不精确力由人手提供。
MM1.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中第一板和第二板是柔性塑料膜和/或薄玻璃膜，该柔性塑料膜和/或薄玻璃膜各自具有选自由1μm到25μm之间的范围内的值的基本上均匀的厚度。
MM2.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中每个板具有在1cm2到16cm2范围内的面积。
MM3.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中夹在两个板之间的样品的厚度为40μm或更小。
MM4.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该相关样品与该整个样品比率(RE比率)为12％或更小。
MM5.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该冷却区比该加热区大至少9倍。
MM6.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该样品与非样品热质量比为2.2或更大。
MM7.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中RHC卡不包含间隔件。
MM8.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中RHC卡包含固定在一个或两个板上的间隔件。
MM9.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中：
第一板和第二板是塑料或薄玻璃。第一板和第二板的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内；
两个板之间的样品的厚度为5μm、10μm、30μm、50μm、100μm，或者在任何两个值之间的范围内；
从H/C层到样品的距离为10nm、100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与相关样品面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与加热区面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内；以及
H/C层与加热源(例如，LED)之间的距离为5mm、10mm、20mm、30mm，或者在任何两个值之间的范围内。
MM10.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中：
第一板和第二板是塑料或薄玻璃。第一板和第二板的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内；
两个板之间的样品的厚度为5μm、10μm、30μm、50μm、100μm，或者在任何两个值之间的范围内；
从H/C层到样品的距离为10nm、100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与相关样品面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与加热区面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内；或者
H/C层与加热源(例如，LED)之间的距离为5mm、10mm、20mm、30mm，或者在任何两个值之间的范围内。
MM11.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中：
第一板和第二板是塑料或薄玻璃。第一板的厚度为10μm、25μm、50μm，或者在任何两个值之间的范围内；而第二板(具有加热层或冷却层的板)的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内；
两个板之间的样品的厚度为5μm、10μm、30μm、50μm、100μm，或者在任何两个值之间的范围内；
H/C层与样品之间的距离为10nm、100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与相关样品面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与加热区面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内；以及
H/C层与加热源(例如，LED)之间的距离为5mm、10mm、20mm、30mm，或者在任何两个值之间的范围内。
MM12.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中：
第一板和第二板是塑料或薄玻璃。第一板的厚度为10μm、25μm、50μm，或者在任何两个值之间的范围内；而第二板(具有加热层或冷却层的板)的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内；
两个板之间的样品的厚度为5μm、10μm、30μm、50μm、100μm，或者在任何两个值之间的范围内；
H/C层与样品之间的距离为10nm、100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与相关样品面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与加热区面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内；或者
H/C层与加热源(例如，LED)之间的距离为5mm、10mm、20mm、30mm，或者在任何两个值之间的范围内。
MM13.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中：
第一板和第二板是塑料或薄玻璃。第一板和第二板的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、175μm、250μm，或者在任何两个值之间的范围内；
两个板之间的样品的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、175μm、250μm，或者在任何两个值之间的范围内；
H/C层和样品之间的距离为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、175μm、250μm，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与相关样品面积的比率为100、64、16、9、4、2、1、0.5、0.1，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与加热区面积的比率为100、64、16、9、4、2、1、0.5、0.1，或者在任何两个值之间的范围内；以及
H/C层与加热源(例如，LED)之间的距离为500μm、1mm、3mm、5mm、10mm、20mm、30mm，或者在任何两个值之间的范围内。
MM14.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中：
第一板和第二板是塑料或薄玻璃。第一板和第二板的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、175μm、250μm，或者在任何两个值之间的范围内；
两个板之间的样品的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、175μm、250μm，或者在任何两个值之间的范围内；
H/C层和样品之间的距离为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、175μm、250μm，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与相关样品面积的比率为100、64、16、9、4、2、1、0.5、0.1，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与加热区面积的比率为100、64、16、9、4、2、1、0.5、0.1，或者在任何两个值之间的范围内；或者
H/C层与加热源(例如，LED)之间的距离为500μm、1mm、3mm、5mm、10mm、20mm、30mm，或者在任何两个值之间的范围内。
MM15.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中光导管校准从光源(例如，LED)进入加热区的光；光导管包含具有带反射壁的中空孔结构(例如管或铣孔结构)；光导管的横向尺寸为1mm至8mm、长度为2mm至50mm。
MM16.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中：
第一板和第二板为塑料或薄玻璃；
第一板和第二板的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内；
两个板之间的样品厚度为1至5μm、5至10μm、10至30μm或30至50μm；
从H/C层到样品的距离在10nm到100nm、100nm到500nm、500nm到1μm、1μm到5μm、5μm到10μm或10μm到25μm的范围内；
冷却区面积与相关样品面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与加热区面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内；
H/C层与加热源(例如，LED)之间的距离为5mm、10mm、20mm、30mm，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却层的KC比在0.5cm2/sec和0.7cm2/sec、0.7cm2/sec和0.9cm2/sec、0.9cm2/sec和1cm2/sec、1cm2/sec和1.1cm2/sec、1.1cm2/sec和1.3cm2/sec、1.3cm2/sec和1.6cm2/sec、1.6cm2/sec和2cm2/sec，或2cm2/sec和3cm2/sec之间的范围内；以及
样品与非样品的热质量比在0.2至0.5、0.5至0.7、0.7至1、1至1.5、1.5至5、5至10、10至30、30至50或50至100的范围内。
MM17.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中：
第一板和第二板为塑料或薄玻璃；
第一板和第二板的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm，或者在任何两个值之间的范围内；
两个板之间的样品厚度为1至5μm、5至10μm、10至30μm或30至50μm；
从H/C层到样品的距离在10nm到100nm、100nm到500nm、500nm到1μm、1μm到5μm、5μm到10μm或10μm到25μm的范围内；
冷却区面积与相关样品面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却区面积与加热区面积的比率为16、9、4、2，或者在任何两个值之间的范围内；
H/C层与加热源(例如，LED)之间的距离为5mm、10mm、20mm、30mm，或者在任何两个值之间的范围内；
冷却层的KC比在0.5cm2/sec和0.7cm2/sec、0.7cm2/sec和0.9cm2/sec、0.9cm2/sec和1cm2/sec、1cm2/sec和1.1cm2/sec、1.1cm2/sec和1.3cm2/sec、1.3cm2/sec和1.6cm2/sec、1.6cm2/sec和2cm2/sec，或2cm2/sec和3cm2/sec之间的范围内；或者
样品与非样品的热质量比在0.2至0.5、0.5至0.7、0.7至1、1至1.5、1.5至5、5至10、10至30、30至50或50至100的范围内。
NN1.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含加热层和冷却层，其中该冷却层具有大于该加热区的面积。
NN2.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含加热/冷却层，其中该冷却区具有大于该加热区的面积。
NN3.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含冷却层，该冷却层具有高热导率(50W/(m2·K))和大于相关样品的横向面积的面积。
NN4.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含冷却层，该冷却层具有高热导率(大于50W/(m2·K)(m·K))和比相关样品的横向面积大2至40倍的面积。
NN5.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含冷却层，该冷却层具有(i)高热导率(大于50W/(m·K))，和(ii)热辐射增强层(指定热辐射)。
NN6.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含冷却层，该冷却层具有(i)高热导率(大于50W/(m·K))，和(ii)热辐射增强层，和(iii)比相关样品的横向面积大的面积。
NN7.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含冷却层，该冷却层具有(i)高热导率(大于50W/(m·K))，和(ii)热辐射增强层，和(iii)比相关样品的横向面积大1.5至100倍的面积。
NN8.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含冷却区，该冷却区具有热辐射增强层，该热辐射增强层在该波长范围内具有70％的平均光吸收系数。
NN9.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含冷却区，该冷却区的热导率乘以其厚度在6×10-5W/K到3×10-4W/K的范围内。
NN10.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含冷却区，该冷却区包含厚度在200nm到800nm范围内的金材质的层。
NN11.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含的热导率乘以其厚度在6×10-5W/K到3×10-4W/K的范围内。
NN12.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含冷却层，该冷却层：
具有高热导率(大于50W/(m·K))，
包含热辐射增强层，该热辐射增强层在该波长范围内具有70％的平均光吸收系数；
具有比相关样品的横向面积大1.5至100倍的面积；以及
热导率乘以其厚度在6×10-5W/K至3×10-4W/K的范围内。
NN13.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含冷却区(层)，该冷却区(层)的热导率乘以其厚度为6×10-5W/K、9×10-5W/K、1.2×10-4W/K、1.5×10-4W/K、1.8×10-4W/K、2.1×10-4W/K、2.7×10-4W/K、3×10-4W/K、1.5×10-4W/K，或者在任何两个值之间的范围内。
NN14.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含冷却区(层)，该冷却区的热导率乘以其厚度在6×10-5W/K到9×10-5W/K、9×10-5W/K到1.5×10-4W/K、1.5×10-4W/K至2.1×10-4W/K、2.1×10-4W/K至2.7×10-4W/K、2.7×10-4W/K至3×10-4W/K，或3×10-4W/K至1.5×10-4W/K的范围内。
NN15.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含冷却区(层)，该冷却区(层)的热导率乘以其厚度在9×10-5W/K到2.7×10-4W/K、9×10-5W/K到2.4×10-4W/K、9×10-5W/K至2.1×10-4W/K，或9×10-5W/K至1.8×10-4W/K的范围内。
NN16.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含冷却区，该冷却区包含厚度在200nm到800nm范围内的金材质的层。在另一个实施例中，冷却区包含厚度在300nm到700nm范围内的金材质的层。
NN17.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中在该装置中，该加热区与该相关样品之间的材料具有的热导率和厚度被配置为具有等于或大于1000W/(m2·K)、2000W/(m2·K)、3000W/(m2·K)、4000W/(m2·K)、5000W/(m2·K)、7000W/(m2·K)、10000W/(m2·K)、20000W/(m2·K)、50000W/(m2·K)、50000W/(m2·K)、100000W/(m2·K)，或在任何值的范围内的每单位面积电导率。
NN18.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该加热区与该相关样品之间的该材料的每单位面积的优选电导率在1000W/(m2·K)至2000W/(m2·K)、2000W/(m2·K)至4000W/(m2·K)、4000W/(m2·K)至10,000W/(m2·K)，或10000W/(m2·K)至100000W/(m2·K)的范围内。
NN19.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中在该加热区与该相关样品之间存在零距离，且因此在该加热区与该相关样品之间存在该材料的每单位面积的电导的无穷大。
NN20.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该加热层或该冷却层通过热导率在0.1W/(m·K)至0.3W/(m·K)范围内的薄塑料板(或膜)与相关样品分离，并且该薄塑料层的厚度为0nm、10nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、1μm、2.5μm、5μm、10μm、25μm、50μm、75nm、100μm、150μm，或者在任何两个值之间的范围内。
NN21.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中将相关样品与加热层或冷却层分离的薄塑料板(或膜)的厚度在0nm和100nm、100nm和500nm、500nm和1μm、1μm和5μm、5μm和10μm、10μm和25μm、25μm和50μm、50μm和75μm、75μm和100μm，或100μm和150μm之间的范围内。
NN22.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中将该相关样品与该加热层或该冷却层分离的薄塑料板(或膜)的厚度为0.1μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm、20μm、25μm，或者在任何两个值之间的范围内。
NN23.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该加热区的面积仅为该冷却区或区域的面积的一小部分，且该冷却区(层)的面积大于该加热区的面积的1.1、1.5、2、3、4、5、10、20、30、40、50、70、100、200、300、400、500、600、700、800、800、1,000、5000、10,000、100,000倍，或者在任何两个值之间的范围内。
NN24.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该冷却区(层)具有比该加热区(层)的横向面积大1.1至1.5、1.5至5、5至10、10至50、50至100、100至500、500至1,000、1000至10,000，或10,000至100,000倍的面积。
NN25.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该冷却区(层)具有比该相关样品的横向面积大1.5、2、3、4、5、10、20、50、70、100、200、300、400、500、600、700、800、800、1,000倍、2000、5000、10,000、100,000，或者在任何两个值之间的范围内的倍数的面积。
NN26.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该冷却区(层)具有比相关样品的横向面积大1.5至5、5至10、10至50、50至100、100至500、500至1,000、1000至10,000或10,000至100,000范围内的倍数的面积。
NN27.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该第一板或第二板的厚度为10nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、1μm、2.5μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、200μm或500μm、1000μm，或者在任何两个值之间的范围内。
NN28.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中第一板和第二板可具有相同厚度或不同厚度，且可由相同材料或不同材料制成。
NN29.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中第一板或第二板的厚度在10nm和500nm、500nm和1μm、1μm和2.5μm、μm和5μm、5μm和10μm、10μm和25μm、25μm和50μm、50μm和100μm、100μm和200μm，或200μm和500μm，或500μm和1000μm之间的范围内。
NN30.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该第一板和第二板是塑料、薄玻璃或具有类似物理性质的材料。第一板或第二板的厚度为100nm、500nm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、175μm、250μm，或者在任何两个值之间的范围内。
NN31.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中在热循环或反应的时间期间，相关样品体积的平均横向尺寸与试剂的扩散长度的比率等于或大于5、6、7、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、500、1000、5000、10000、100000，或者在任何两个值之间的范围内。
NN32.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中在热循环或反应期间，相关样品体积的平均横向尺寸与试剂的扩散长度的比率在5至10、10至30、30至60、6至100、100至200、200至500、500至1000、1000至5000、5000至10000，或10000至100000的范围内。
NN33.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中在热循环或反应期间，相关样品体积的平均横向尺寸与试剂的扩散长度的比率在5至10、10至30、30至60、6至100、100至200、200至500、500至1000、1000至5000、5000至10000，或10000至100000的范围内。
NN34.根据根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中相关体积的平均横向尺寸是1mm、2mm、3mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、12mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm、70mm、100mm、200mm，或者在任何两个值之间的范围内。
NN35.根据根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中相关体积的平均横向尺寸在1mm至5mm、5mm至10mm、10mm至20mm、20mm至40mm、40mm至70mm、70mm至100mm或100mm至200mm的范围内。
NN36.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该相关体积的平均横向尺寸在1mm到5mm、1mm到10mm或5mm到20mm的范围内。
NN37.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该热辐射增强表面具有高平均光吸收率(例如，在我们的实验中使用的黑色涂料)。在某些实施例中，冷却区具有平均光吸收率为30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、100％，或在任何两个值之间的范围的表面。
NN38.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该冷却区具有平均光吸收率在30％到40％、40％到60％、60％到80％到90％或90％到100％的范围内的表面。
NN39.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该冷却区具有平均光吸收率在30％到100％、50％到100％、70％到100％或80％到100％的范围内的表面。
NN40.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该冷却区的表面的平均光吸收率是通过取400nm到800nm、700nm到1500nm、900nm到2000nm或2000nm到20000nm的波长范围的平均值而得到的。
NN41.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中黑色涂料是人眼看起来黑色的聚合物混合物。黑色涂料包括但不限于聚合物和纳米颗粒的混合物。纳米颗粒的一个示例是黑碳纳米颗粒、碳、纳米管、石墨颗粒、石墨烯、金属纳米颗粒、半导体纳米颗粒或其组合。
NN42.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该等离振子结构包括纳米结构等离振子结构。
NN43.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中冷却板包含具有表面热辐射增强层的高热导率金属(50W/(m·K)或更高)层。在一些实施例中，表面热辐射增强层具有低横向热导率，这归因于超薄层、低热导率或两者。
NN44.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中热辐射冷却是通过增加辐射冷却层(即，高K材料，除非另有说明)的面积来实现的，并且辐射冷却层的面积比相关样品的横向面积大1.2、1.5、2、3、4、5、10、20、30、40、50、60、70、80、100、200、300、400、500、600、700，800、800、1,000、2000、5000、10,000、100,000倍，或者在任何两个值之间的范围内。
NN45.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该辐射冷却区(层)具有比相关样品的横向面积大1.2至3、3至5、5至10、10至50、50至100、100至500、500至1,000、1000至10,000，或10,000至100,000范围内的倍数的面积。
NN46.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中在热循环期间由该冷却区(层)进行的热辐射冷却与该样品和样品保持器的总冷却的比率为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％，或者在任何两个值之间的范围内。
NN47.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中在热循环期间由该冷却区(层)进行的热辐射冷却与该样品和样品保持器的总冷却的比率在10％和20％、20％和30％、30％和40％、40％和50％、50％和60％、60％和70％、70％和80％、80％和90％，或90％和99％之间的范围内。
NN48.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中用于该加热层的材料的KC比等于或高于0.1cm2/sec、0.2cm2/sec、0.3cm2/sec、0.4cm2/sec、0.5cm2/sec、0.6cm2/sec、0.7cm2/sec、0.8cm2/sec、0.9cm2/sec、1cm2/sec、1.1cm2/sec、1.2cm2/sec、1.3cm2/sec、1.4cm2/sec、1.5cm2/sec、1.6cm2/sec、2cm2/sec、3cm2/sec，或者在任何两个值之间的范围内。
NN49.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该加热层的KC比在0.5cm2/sec和0.7cm2/sec、0.7cm2/sec和0.9cm2/sec、0.9cm2/sec和1cm2/sec、1cm2/sec和1.1cm2/sec、1.1cm2/sec和1.3cm2/sec、1.3cm2/sec和1.6cm2/sec、1.6cm2/sec和2cm2/sec，或2cm2/sec和3cm2/sec之间的范围内。
NN50.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中将使用热辐射增强表面(在该加热区的一侧或两侧上)。热辐射吸收增强表面可以通过直接改变表面的结构(例如图案化纳米结构)、涂覆高热辐射材料(例如涂覆黑色涂料)或两者来实现。
NN51.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该热辐射增强表面具有高平均光吸收率(例如，在我们的实验中使用的黑色涂料)。在某些实施例中，加热区的表面的平均吸光率为30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、100％，或者在任何两个值之间的范围内。
NN52.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该加热区具有平均光吸收率在30％到40％、40％到60％、60％到80％到90％或90％到100％的范围内的表面。
NN53.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该加热区具有平均光吸收率在30％到100％、50％到100％、70％到100％或80％到100％的范围内的表面。
NN54.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该加热区的表面的平均光吸收率的值是通过取400nm至800nm、700nm至1500nm、900nm至2000nm或2000nm至20000nm的波长范围的平均值而得到的。
NN55.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中样品的LVS比率是5、10、20、50、70、100、200、300、400、500、600、700、800、800、1,000、2000、5000、10,000、100,000，或者在任何两个值之间的范围内。
NN56.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中样品的LVS比率在5至10、10至50、50至100、100至500、500至1,000、1000至10,000或10,000至100,000的范围内。
NN57.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该样品具有15mm的横向尺寸和30μm的厚度，因此该样品的LVS为500。
NN58.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该相关样品的厚度减小(其也可有助于样品加热速度)，且该相关样品的厚度为0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm，或者在任何两个值之间的范围内。
NN59.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该相关样品的厚度在0.05μm和0.5μm、0.5μm和1μm、1μm和5μm、5μm和10μm、10μm和30μm、30μm和50μm、50μm和70μm、70μm和100μm、100μm和200μm，或200μm和300μm之间的范围内。
NN60.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中用于该冷却层的KC比材料等于或高于0.1cm2/sec、0.2cm2/sec、0.3cm2/sec、0.4cm2/sec、0.5cm2/sec、0.6cm2/sec、0.7cm2/sec、0.8cm2/sec、0.9cm2/sec、1cm2/sec、1.1cm2/sec、1.2cm2/sec、1.3cm2/sec、1.4cm2/sec、1.5cm2/sec、1.6cm2/sec、2cm2/sec、3cm2/sec，或者在任何两个值之间的范围内。
NN61.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该冷却层的KC比在0.5cm2/sec与0.7cm2/sec、0.7cm2/sec与0.9cm2/sec、0.9cm2/sec和1cm2/sec、1cm2/sec和1.1cm2/sec、1.1cm2/sec和1.3cm2/sec、1.3cm2/sec和1.6cm2/sec、1.6cm之间的范围内。
NN62.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中高热导率(即、高K)材料用于该冷却层。并且高K材料的热导率等于或大于50W/(m·K)、80W/(m·K)、100W/(m·K)、150W/(m·K)、200W/(m·K)、250W/(m·K)、300W/(m·K)、350W/(m·K)、400W/(m·K)、450W/(m·K)、500W/(m·K)，或者在任何两个值之间的范围内。
NN63.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该样品与非样品热质量比(NSTM比)为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、1、1.5、2、3、4、5、10、20、30、40、50、60、70、100、200、300、1000、4000，或者在任何两个值之间的范围内。
NN64.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该样品与非样品热质量比(NSTM比)在0.1至0.2、0.2至0.5、0.5至0.7、0.7至1、1至1.5、1.5至5、5至10、10至30、30至50、50至100、100至300、300至1000或1000至4000之间的范围内。
NN65.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置配置为使得该样品与非样品的热质量比高，需要保持该非样品的区域热质量低，反之这又需要使该板和该加热/冷却层薄，和/或该体积比热低。
NN66.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该装置包含具有多层或混合材料的薄材料。例如，具有塑料片或与塑料混合的碳的碳纤维层可以具有0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、2μm、5μm、10μm、25μm、50μm，或者在任何两个值之间的范围内的厚度。
NN67.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该样品的相关体积为0.001μl、0.005μl、0.01μl、0.02μl、0.05μl、0.1μl、0.2μl、0.5μl、1μl、2μl、5μl、10μl、20μl、30μl、50μl、100μl、200μl、500μl、1ml、2ml、5ml，或者在任何两个值之间的范围内。
NN68.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该相关样品体积在0.001μL至0.1μL、0.1μm至2μL、2μL至10μL、10μL至30μL、30μL至100μL、100μL至200μL或200μL至1mL的范围内。
NN69.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该相关样品体积在0.001μL至0.1μL、0.1μm至1μL、0.1μL至5μL或0.1μL至10μL的范围内。
NN70.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中相关样品与整个样品体积的比率(RE比率)为0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、0.1％、0.5％、1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％，或者在任何两个值之间的范围内。
NN71.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中RE比率在0.01％与0.1％、0.1％与1％、1％与10％、10％与30％、30％与60％、60％与90％，或90％与100％之间的范围内。
NN72.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该加热区的面积仅为该样品横向面积的一部分，且该部分(即，该加热区与该样品横向面积的比率)为0.01％、％、0.1％、0.5％、0.1％、0.5％、1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％，或者在任何两个值之间的范围内。
NN73.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该加热区面积与该样品横向面积的比率在0.01％与0.1％、0.1％与1％、1％与10％、10％与30％、30％与60％、60％与90％，或90％与99％之间的范围内。
NN74.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该缩放的热导率(STM比)为2或更大、5或更大、10或更大、20或更大、30或更大、40或更大、50或更大、100或更大、1000或更大、10000或更大、10000或更大，或者在任何两个值之间的范围内。
NN75.1 根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中缩放的热导率(STM比)在10至20、30至50、50至70、70至100、100至1000、1000至10000或10000至1000000的范围内。
NN75.2 根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中缩放的热导率(STM比)在10至20、30至50、50至70、70至100、100至1000、1000至10000或10000至1000000的范围内；并且冷却区(层)的热导率乘以其厚度为6×10-5W/K、9×10-5W/K、1.2×10-4W/K、1.5×10-4W/K、1.8×10-4W/K、2.1×10-4W/K、2.7×10-4W/K、3×10-4W/K、1.5×10-4W/K，或者在任何两个值之间的范围内。
NN75.3 根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中经缩放的热导率(STM比率)在20到80之间的范围内。
NN76.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中：
相关样品的横向与垂直尺寸(LVS)比是5、10、20、50、70、100、200、300、400、500、600、700、800、800、1,000、2000、5000、10,000、100,000，或者在任何两个值之间的范围内。
NN77.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中：
相关样品的LVS比率在5至10、10至50、50至100、100至500、500至1,000、1000至10,000或10,000至100,000的范围内。
NN78.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该相关样品的厚度减小(其也可有助于样品加热速度)，且该相关样品的厚度为0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm，或者在任何两个值之间的范围内。
NN78.根据前述任一实施例的装置、设备、系统或方法，其中该相关样品的厚度在0.05μm和0.5μm、0.5μm和1μm、1μm和5μm、5μm和10μm、10μm和30μm、30μm和50μm、50μm和70μm、70μm和100μm、100μm和200μm，或200μm和300μm之间的范围内。
OO1.装置，包含：
第一板，该第一板包含聚合物材料并且具有小于或等于100μm的厚度；
第二板，该第二板包含聚合物材料并且具有小于或等于100μm的厚度；以及
加热/冷却层，该加热/冷却层被设置在第一板或第二板上，该加热/冷却层具有在6×10-5W/K乘以该加热/冷却层的厚度与1.5×10-4W/K乘以该加热/冷却层的厚度之间的热导率，
其中第一板和第二板以平行布置的方式彼此面对，并且彼此隔开一段距离，并且其中第一板和第二板被配置为接收夹在第一板与第二板之间的流体样品。
OO2.装置，包含：
第一板；
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中该第二板以平行布置的方式与该第一板隔开小于或等于该第二板的厚度的距离；以及
设置在第一板或第二板上的加热/冷却层，
其中该加热/冷却层被配置为接收电磁辐射，使得夹在第一板与第二板之间的液体样品的至少一部分以至少30℃/sec的速率被加热。
OO3.装置，包含：
第一板；
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中该第二板以平行布置的方式与该第一板隔开小于或等于该第二板的厚度的距离；以及
设置在第一板或第二板上的加热/冷却层，
其中当该加热/冷却层没有接收到由光源产生的电磁辐射时，夹在第一板和第二板之间的液体样品的至少一部分以至少30℃/sec的速率被冷却。
OO4.装置，包含：
第一板；
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中该第二板的内表面以平行布置的方式与该第一板的内表面隔开小于或等于该第二板的厚度的距离；
设置在第二板的内表面或外表面上的加热/冷却层；以及
在第一板的内表面上干燥的试剂层。
OO5.根据任一实施例OO1-OO4的装置，还包含布置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
OO6.根据005的装置，其中该光吸收层包含黑色涂料。
OO7.根据任一实施例OO1-OO6的装置，其中第一板可相对于第二板移动。
OO8.根据任一实施例OO1至OO7的装置，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
OO9.根据任一实施例OO1-OO8的装置，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
OO10.根据任一实施例OO1-OO9的装置，还包含布置在第一板与第二板之间的多个球形间隔件。
OO11.根据任一实施例OO1-OO9的装置，还包含具有约10μm高度的多个间隔件，其中该多个间隔件布置在第一板与第二板之间。
OO12.根据任一实施例OO1-OO11的装置，其中第一板与第二板之间的距离小于或等于100μm。
OO13.根据任一实施例OO1-OO12的装置，还包含铰链，该铰链被配置为将第一板与第二板连接，并且联接到第一板或第二板的边缘。
OO14.根据任一实施例OO1-OO13的装置，其中该液体样品的该至少一部分包含沿着该电磁辐射的路径的一定体积的样品。
OO15.根据任一实施例OO1-OO14的装置，其中该液体样品的该至少一部分包含邻近该加热/冷却层的一定体积的样品。
OO16.根据OO4的装置，其中该干燥试剂层包含用于核酸扩增的试剂。
PP1.系统，包含：
装置，该装置包含：
第一板，该第一板包含聚合物材料并且具有小于或等于100μm的厚度，
第二板，该第二板包含聚合物材料并且具有小于或等于100μm的厚度，其中该第二板以平行布置的方式与该第一板隔开小于或等于该第二板的厚度的距离，
加热/冷却层，该加热/冷却层被设置在第一板或第二板上，该加热/冷却层具有厚度，以及在6×10-5W/K乘以该加热/冷却层的厚度与1.5×10-4W/K乘以该加热/冷却层的厚度之间的热导率，并且
支撑框架，被配置为支撑至少一个第一板和第二板；
壳体，该壳体具有被配置为接收该装置的第一开口以及至少一个其他开口；
光源，该光源被配置为朝向该加热/冷却层引导电磁辐射，
其中该加热/冷却层被配置为吸收该电磁辐射的至少一部分，使得夹在第一板与第二板之间的液体样品的至少一部分以至少30℃/sec的速率被加热，并且
其中当该加热/冷却层没有接收到由该光源产生的电磁辐射时，夹在第一板与第二板之间的该液体样品的至少该部分以至少30℃/sec的速率被冷却，并且
其中该系统消耗小于500mW的功率。
PP2.系统，包含：
装置，该装置包含：
第一板，
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中该第二板以平行布置的方式与该第一板隔开小于或等于该第二板的厚度的距离，
加热/冷却层，该加热/冷却层被设置在第一板或第二板上，以及
支撑框架，被配置为支撑至少一个第一板和第二板；以及
光源，该光源被配置为朝向该加热/冷却层引导电磁辐射，
其中当该加热/冷却层没有接收到由该光源产生的电磁辐射时，夹在第一板和第二板之间的液体样品的至少一部分以至少30℃/sec的速率被冷却。
PP3.系统，包含：
装置，该装置包含：
第一板，
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中该第二板以平行布置的方式与该第一板隔开小于或等于该第二板的厚度的距离，
设置在第一板或第二板上的加热/冷却层；以及
光源，被配置为朝向该加热/冷却层引导电磁辐射，其中该系统消耗小于500mW的功率。
PP4.系统，包含：
装置，该装置包含：
第一板，
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中该第二板以平行布置的方式与该第一板隔开小于或等于该第二板的厚度的距离，
加热/冷却层，该加热/冷却层被设置在第一板或第二板上，以及
支撑框架，被配置为支撑至少一个第一板和第二板；
壳体，该壳体具有被配置为接收该装置的第一开口以及至少一个其他开口；以及
光源，该光源被配置为引导电磁辐射穿过该壳体的该至少一个其他开口并且朝向该加热/冷却层引导电磁辐射，
其中当该加热/冷却层没有接收到由该光源产生的电磁辐射时，夹在第一板和第二板之间的液体样品以至少30℃/sec的速率被冷却。
PP5.根据任一实施例PP1-PP4的系统，其中该装置还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
PP6.根据PP5的系统，其中光吸收层包含黑色涂料。
PP7.根据任一实施例PP1-PP6的系统，其中第一板可相对于第二板移动。
PP8.根据任一实施例PP1-PP7的系统，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
PP9.根据任一实施例PP1-PP8的系统，其中至少一个该第一板和该第二板的整个主表面面积为约400mm2。
PP10.根据任一实施例PP1-PP9的系统，其中该光源包含发光二极管(LED)。
PP11.根据PP10的系统，其中该LED包含蓝色LED。
PP12.根据任一实施例PP1-PP11的系统，还包含配置为将电磁辐射从光源引导到加热/冷却层的光导管。
PP13.根据PP1或PP4的系统，其中该外壳的该至少一个其他开口被配置为当该装置经由该第一开口放置在该外壳内时在夹在第一板与第二板之间的该液体样品的至少该部分上对准。
PP14.根据任一实施例PP1-PP13的系统，其中该支撑框架被配置为沿着该第一板或第二板的周边支撑至少第一板或第二板。
QQ1.使用装置的方法，包含：
将第二板放置在第一板上，使得流体样品以由位于至少一个第一板和第二板上的一个或多个间隔件确定的厚度夹在第一板和第二板之间；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；以及
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分。
QQ2.使用装置的方法，包含：
将第二板放置在第一板上，使得流体样品以由位于至少一个第一板和第二板上的一个或多个间隔件确定的厚度夹在第一板和第二板之间；
在给定时间段内激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在给定时间段之后停用热源，其中流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却。
QQ3.使用装置的方法，包含：
将第二板放置在第一板上，使得流体样品以由位于至少一个第一板和第二板上的一个或多个间隔件确定的厚度夹在第一板和第二板之间；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；以及
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分。
QQ4.根据任一实施例QQ1-QQ3的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
QQ5.根据QQ4的方法，其中光吸收层包含黑色涂料。
QQ6.根据任一实施例QQ1-QQ5的方法，还包含使用连接在第一板与第二板之间的铰链将该第二板闭合在该第一板上。
QQ7.根据任一实施例QQ1-QQ6的方法，其中该加热层的厚度小于或等于3μm。
QQ8.根据任一实施例QQ1-QQ7的方法，其中至少一个第一板和第二板的整个主表面面积为约400mm2。
QQ9.根据任一实施例QQ1-QQ8的方法，其中激活热源包含激活LED以向加热层辐射光。
QQ10.根据任一实施例QQ9的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
QQ11.根据任一实施例QQ1-QQ10的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
QQ12.根据任一实施例QQ1-QQ11的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
RR1.扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分；以及
在夹在第一板和第二板之间的流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
RR2.扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于第二板的内表面上；
通过进行一个或多个PCR循环扩增样品中的核酸，其中每个PCR循环包含变性步骤、退火步骤和延伸步骤；
其中变性步骤、退火步骤和/或延伸步骤中的一个或多个包含：
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；以及
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分。
RR3.扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于第二板的内表面上；
在给定时间段内激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在给定时间段之后停用热源，其中邻近加热/冷却层的流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
在夹在第一板和第二板之间的流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
RR4.扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于第二板的内表面上；
通过进行一个或多个PCR循环扩增样品中的核酸，其中每个PCR循环包含变性步骤、退火步骤和延伸步骤；
其中变性步骤、退火步骤和/或延伸步骤中的一个或多个包含：
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；以及
在给定时间段之后停用热源，其中邻近加热/冷却层的流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
在夹在第一板和第二板之间的流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
RR5.扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品以由位于至少一个第一板和第二板上的一个或多个间隔件确定的厚度夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分；以及
在夹在第一板和第二板之间的流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
RR6.扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品以由位于至少一个第一板和第二板上的一个或多个间隔件确定的厚度夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于第二板的内表面上；
通过进行一个或多个PCR循环扩增样品中的核酸，其中每个PCR循环包含变性步骤、退火步骤和延伸步骤；
其中变性步骤、退火步骤和/或延伸步骤中的一个或多个包含：
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分；以及
在夹在第一板和第二板之间的至少一部分流体样品中积累核酸扩增产物。
RR7.根据任一实施例RR1-RR6的方法，其中第一板或第二板还包含设置在加热/冷却层上的光吸收层，其中光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
RR8.根据RR7的方法，其中光吸收层包含黑色涂料。
RR9.根据任一实施例RR1-RR8的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链将第二板闭合在第一板上。
RR10.根据任一实施例RR1-RR9的方法，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
RR11.根据任一实施例RR1-RR10的方法，其中至少一个第一板和第二板的整个主表面面积为约400mm2。
RR12.根据任一实施例RR1-RR11的方法，其中激活热源包含激活LED以向加热/冷却层辐射光。
RR13.根据RR12的方法，还包含基于流体样品的部分的测量或估计温度来控制LED的输出。
RR14.根据任一实施例RR1-RR13的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
RR15.根据任一实施例RR1-RR14的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
SS1.检测样品中目标核酸序列的有无的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得该流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于该第二板的内表面上，并且其中该试剂包含能够与该目标核酸杂交的引物；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分；以及
检测流体样品是否含有目标核酸序列的扩增产物。
SS2.检测样品中目标核酸序列的有无的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得该流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于该第二板的内表面上，并且其中该试剂包含能够与该目标核酸杂交的引物；
在给定时间段内激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在给定时间段之后停用热源，其中邻近加热/冷却层的流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
检测流体样品是否含有目标核酸序列的扩增产物。
SS3.检测样品中目标核酸序列的有无的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得该流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于该第二板的内表面上，并且其中该试剂包含能够与该目标核酸杂交的引物；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分；以及
检测流体样品是否含有目标核酸序列的扩增产物。
SS4.根据任一实施例SS1-SS3的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
SS5.根据SS4的方法，其中光吸收层包含黑色涂料。
SS6.根据任一实施例SS1-SS5的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链将第二板闭合在第一板上。
SS7.根据任一实施例SS1-SS6的方法，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
SS8.根据任一实施例SS1-SS7的方法，其中至少一个第一板和第二板的整个主表面面积为约400mm2。
SS9.根据任一实施例SS1-SS8的方法，其中激活热源包含激活LED以向加热/冷却层辐射光。
SS10.根据SS9的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
SS11.根据任一实施例SS1-SS10的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
SS12.根据任一实施例SS1-SS11的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
TT1.用于检测样品中分析物的有无的方法，包含：
将流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分；以及
检测流体样品是否含有分析物。
TT2.用于检测样品中分析物的有无的方法，包含：
将包含的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
在给定时间段内激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在给定时间段之后停用热源，其中邻近加热/冷却层的流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
检测流体样品是否含有分析物。
TT3.用于检测样品中分析物的有无的方法，包含：
将流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分；以及
检测流体样品是否含有分析物。
UU1.用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自该受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分；以及
检测该流体样品是否含有该分析物；
其中分析物的有无指示受试者是否患有病症。
UU2.用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自该受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
在给定时间段内激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在给定时间段之后停用热源，其中邻近加热/冷却层的流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
检测该流体样品是否含有该分析物；
其中分析物的有无指示受试者是否患有病症。
UU3.用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自该受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分；以及
检测该流体样品是否含有该分析物；
其中分析物的有无指示受试者是否患有病症。
UU4.用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自该受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分；
量化流体样品中分析物的量；以及
将该量与该分析物的对照或参考量进行比较；
其中与对照或参考量相比，样品中分析物的量变多或减少指示受试者患有病症。
UU5.用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自该受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
在给定时间段内激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在给定时间段之后停用热源，其中邻近加热/冷却层的流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；
量化流体样品中分析物的量；以及
将该量与该分析物的对照或参考量进行比较；
其中与对照或参考量相比，样品中分析物的量变多或减少指示受试者患有病症。
UU6.用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自该受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分；以及
量化流体样品中分析物的量；以及
将该量与该分析物的对照或参考量进行比较；
其中与对照或参考量相比，样品中分析物的量变多或减少指示受试者患有病症。
VV1.试剂盒，包含：
根据任一实施例OO的装置；以及
预混合聚合酶链式反应介质。
VV2.根据VV1的试剂盒，其中该预混合聚合酶链式反应介质包含：DNA模板、两种引物、DNA聚合酶、脱氧核苷三磷酸(dNTPs)、二价阳离子、单价阳离子和缓冲溶液。
PCR和分子扩增
在一些实施例中，本文所述的装置、设备、系统和/或方法可用于快速分子(例如核酸)扩增。在某些实施例中，该装置、设备、系统和方法可用于等温核酸扩增。在某些实施例中，该装置、设备和系统可用于非等温核酸扩增。
非等温核酸扩增通常需要循环添加和去除热能。可用于核酸扩增的许多非等温策略涉及在精确时间将反应混合物加热和冷却至精确温度，该反应混合物包括一种或几种相关的核酸(可用或不能用其他试剂化学修饰)和完成扩增反应所必需的试剂。这种核酸扩增反应的非限制性示例包括PCR；PCR的变体(例如，逆转录酶PCR(RT-PCR)、定量PCR(Q-PCR)或实时定量PCR(RTQ-PCR))；连接酶链式反应(LCR)；LCR的变体(例如，逆转录酶LCR(RTLCR)、定量LCR(Q-LCR)、实时定量LCR(RTQ-LCR))；和数字核酸扩增反应(例如，数字PCR(dPCR)、数字RT-PCR(dRT-PCR)、数字Q-PCR(dQ-PCR)、数字RTQ-PCR(dRTQ-PCR)、数字LCR(dLCR)、数字RT-LCR(dRT-LCR)、数字Q-LCR(dQ-LCR)、数字RTQ-LCR(dRTQ-LCR))。下面更详细地描述了这些核酸扩增反应和其他反应。
PCR反应
本公开的装置、设备、系统和方法可以包括PCR扩增反应的完成，或包括PCR扩增的任何步骤(例如，变性、退火、延伸等)。在一些实施例中，样品可以包含完成PCR反应所必需的试剂。用于PCR反应的试剂的非限制性示例包括待扩增的模板核酸(例如，DNA)分子，可与模板核酸上的靶序列杂交的一组两种引物、聚合酶(例如DNA聚合酶)、脱氧核苷酸三磷酸(dNTPs)、pH和浓度适于所需PCR反应的缓冲液、单价阳离子，和二价阳离子。通常，样品中每种试剂的比例可以变化，并且取决于例如待扩增的核酸的量和/或扩增产物的所需量。确定PCR扩增反应所需的每种试剂的比例的方法可见于例如美国专利号4,683,202和4,683,195，出于所有目的通过引用将其全部并入本文。
PCR通常涉及加热和冷却包括几种关键试剂和核酸(例如DNA)模板的反应混合物。除核酸模板外，可用于PCR的试剂的非限制性示例包括引物、聚合酶、脱氧核苷三磷酸(dNTPs)、缓冲溶液、二价阳离子和单价阳离子。通常，反应混合物中可以包括每个核酸模板至少两种不同的引物，其中每种引物与核酸模板的一部分(例如3’末端)互补。通过聚合酶复制核酸模板。
可用于PCR的DNA聚合酶的非限制性示例包括Taq聚合酶、Pfu聚合酶、Pwo聚合酶、Tf1聚合酶、rTth聚合酶、Tli聚合酶、Tma聚合酶和腹侧聚合酶、Kapa2g聚合酶、KOD聚合酶、HaqZ05聚合酶、Haqz05聚合酶或其组合。
dNTPs是包括三磷酸基团的核苷酸，并且通常是合成扩增DNA的结构单元。可用于PCR的dNTP的非限制性示例包括三磷酸脱氧腺苷(dATP)、三磷酸脱氧鸟苷(dGTP)、三磷酸脱氧胞苷(dCTP)和三磷酸脱氧胸苷(dTTP)。
缓冲溶液通常可用于提供合适的化学环境(例如pH、离子强度等)以使反应混合物中的DNA聚合酶和/或其他依赖性组分的活性和稳定性达到最佳。例如，Tris-盐酸盐缓冲液可用于PCR方法。
二价阳离子也可能是DNA聚合酶功能性所必需的，非限制性示例包括镁离子(Mg2+)和锰(Mn2+)离子。可以包括单价阳离子，例如钾离子(K+)，并且可以用于最小化不需要的非特异性扩增产物的产生。
在一些实施例中，用于PCR反应的试剂可以是设计用于测试血液或其他液体样品中分析物存在的测定的组分。例如，可以通过以下方案中的任一种来测量氯离子，并且这些测定的组分可以存在于储存位点中：比色法：用氯离子置换硫氰酸汞中的硫氰酸根。游离硫氰酸盐与铁离子反应形成有色复合物硫氰酸铁，其通过光度法测量。库仑法：恒定直流电在银电极之间通过，产生与氯化物反应的银离子，形成氯化银。在所有氯化物与银离子结合之后，游离银离子累积，导致电极两端的电流增加并指示反应的终点。汞检测法：用汞离子标准溶液滴定氯化物并形成HgCl2可溶性复合物。当过量汞离子与指示剂染料二苯基卡巴宗结合形成蓝色时，用比色法检测反应终点。同样地，镁可以使用在与镁反应时变成红紫色的平稳物比色测量；通过甲染料检测；在与镁反应或使用甲基百里酚蓝时在600nm发射，该甲基百里酚蓝与镁结合形成蓝色复合物。同样地，可以通过使用邻甲酚酞的比色技术来检测钙，邻甲酚酞络合剂与钙反应时，邻甲酚酞变成紫色。同样，由于碳酸氢盐(HCO3-)和磷酸烯醇丙酮酸(PEP)在磷酸烯醇丙酮酸羧化酶(PEPC)催化的反应中转化为草酰乙酸和磷酸，因此碳酸氢盐可以进行双色测试。苹果酸脱氢酶(MD)催化还原草酰乙酸为苹果酸，同时氧化还原的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)。NADH的这种氧化导致在380/410nm处双色测量的反应混合物的吸光度与样品的碳酸氢盐含量成比例地降低。可以在比色测试中检测血液尿素氮，其中二乙酰基或fearon与尿素产生黄色色原并且可以通过光度法或多重使用将尿素转化成氨和碳酸的酶脲酶来定量，这可以通过例如，i)当氨与α-酮戊二酸反应时340nm处的吸光度降低来测定，ii)测量尿素在其中水解的溶液的电导率的增加速率。同样地，可以通过用苦味酸盐溶液处理样品以产生红色复合物来对肌酸酐进行比色测量。此外，可以使用非雅费氏反应测量肌酸，该非雅费氏反应测量当肌酸酐被肌酸酐亚氨基水解酶水解时产生的氨。可以在将血液暴露于固定量的葡萄糖氧化酶有限时间段以估计浓度的测定中测量葡萄糖。在指定的时间之后，除去过量的血液并使颜色显色，其用于估计葡萄糖浓度。例如，葡萄糖氧化酶与葡萄糖反应形成新生氧，其将碘化钾(在滤纸中)转化为碘，形成棕色。糖化血红蛋白的浓度作为血液中葡萄糖水平的间接读数。当红细胞的溶血产物被层析时，称为血红蛋白A1a、A1b和A1c的三个或更多个小峰在主血红蛋白A峰之前被洗脱。这些“快速”血红蛋白是通过两步反应中葡萄糖与血红蛋白的不可逆附接形成的。己糖激酶可以在测定中测量，在该测定中，在三磷酸腺苷(ATP)和镁离子存在下葡萄糖被己糖激酶(HK)磷酸化以产生葡萄糖-6-磷酸和二磷酸腺苷(ADP)。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6P-DH)特异性地将葡萄糖-6-磷酸氧化为葡糖酸-6-磷酸，同时NAD+还原为NADH。340nm处吸光度的增加与样品中的葡萄糖浓度成比例。可以使用Abell-Kendall方案测量HDL、LDL、甘油三酯，该方案涉及在水解和提取胆固醇之后在620nm用Liebermann-Burchard试剂(乙酸酐、冰醋酸和浓硫酸的混合试剂)显色。荧光分析可用于检测甘油三酯参考值。用肝素-氯化锰沉淀全血浆(LDL和VLDL)中的含脱辅基蛋白B的脂蛋白后，通过与用于血浆总胆固醇的相同方法检测血浆高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)。这些化合物也可以在基于定量胆固醇酯和游离胆固醇的酶驱动反应的测定中以比色法检测。胆固醇酯通过胆固醇酯酶水解为胆固醇，然后通过胆固醇氧化酶氧化为酮胆甾-4-烯-3-酮加过氧化氢。然后用高度特异性比色探针检测过氧化氢。辣根过氧化物酶催化探针与过氧化氢之间的反应，探针与过氧化氢以1：1的比例结合。可以将样品与已知浓度的胆固醇标准物进行比较。
单个PCR循环通常包含一系列包括变性步骤、退火步骤和延伸步骤的步骤。在变性过程中，双链DNA模板可以被解链为其单独的链，使得在双链DNA的每个碱基对中的碱基之间形成的氢键被破坏。变性后，完成退火步骤，其中反应混合物在引物与存在于每条原始单链上的互补序列杂交的条件下温育。退火后，开始延伸步骤，其中使用存在于反应混合物中的dNTP通过DNA聚合酶延伸引物。在延伸结束时，产生两个新的双链DNA分子，其中每个分子包含DNA模板的一条原始单链。PCR的每个步骤通常由反应混合物的温度变化引发，该温度变化由反应混合物的加热或冷却引起。在完成单轮扩增时，可以重复热循环进行进一步的扩增。复制扩增产物的产生在理论上与每个随后的热循环成指数关系。例如，对于单个DNA模板，每个步骤n可以导致总共r次重复。
成功的PCR扩增需要高产率、高选择性和每个步骤的受控反应速率。产率、选择性和反应速率通常还取决于温度，最佳温度取决于反应混合物中多核苷酸、酶和其他组分的组成和长度。此外，对于不同的步骤或不同的待扩增核酸，不同的温度可以是最佳的。此外，最佳反应条件可以根据模板DNA的序列、设计引物的序列和反应混合物的组成而变化。可用于进行PCR反应的热循环仪可以通过选择要保持的温度、每个循环部分的持续时间、循环次数、温度变化速率等来编程。
可以根据已知的算法设计用于PCR的引物。例如，在商业上可获得的或定制的软件中实现的算法可用于设计引物。在一些示例中，引物可由至少约12个碱基组成。在其他示例中，引物可由至少约15、18或20个碱基长度组成。在其他示例中，引物的长度可以高达50+碱基。可以设计引物使得参与特定反应的所有引物具有在至少约5℃内，更通常在约2℃内的相互解链温度。可进一步设计引物以避免与其他所需引物自杂交或杂交。本领域技术人员将认识到反应混合物中引物的量或浓度将例如根据引物对给定模板DNA的结合亲和力和/或可用模板DNA的量而变化。引物浓度通常例如可以为0.01μM至0.5μM。
在示例性PCR反应中，将包括双链DNA模板和PCR所需的其他试剂的反应混合物加热至约80-98℃。并在该温度下保持约10-90秒，以使DNA模板变性为其单链。然后，在退火步骤期间，通过将反应混合物冷却至约30-65℃的温度并在该温度下保持约1-2分钟，使每条单链与其包含在反应混合物中的相应引物杂交。然后开始延伸步骤，其中通过向引物中加入dNTP的DNA聚合酶的作用，发生与每条单链杂交的各引物的延伸。通过将反应混合物加热至约70-75℃的温度以及在该温度下保持30秒至5分钟来引发伸长。根据例如DNA模板的初始量、所需扩增产物的长度、dNTPs的量、引物的量和/或引物严格性，可以将反应重复任何所需的循环数。
尽管一般的PCR方法可用于核酸扩增，但其他更特殊形式的PCR对于给定的应用甚至更有用。通常使用的，更专门化形式的PCR的非限制性示例包括逆转录PCR(RT-PCR)(例如，美国专利号7,883,871)、定量PCR(qPCR)(例如，美国专利号6,180,349)、实时定量PCR(RTQ-PCR)(例如，美国专利号8,058,054)、等位基因特异性PCR(例如，美国专利号5,595,890)、装配PCR(例如，美国专利公开号20120178129)、不对称PCR(例如，欧洲专利公开号EP2373807)、拨出PCR(例如Schwartz J，NATURE METHODS，2012年9月；9(9):913-915)、解旋酶依赖性PCR(例如Vincent M,EMBO REPORTS 5，2004，5(8)：795-800)、热启动PCR(例如欧洲专利公开号EP1419275)、反向PCR(例如美国专利号6,607,899)、甲基化特异性PCR(例如欧洲专利公开号EP1690948)、小引物PCR(美国专利公开号20120264132)、多重PCR(美国专利公开号20120264132)、嵌套PCR(美国专利公开号20120264132)、重叠延伸PCR(美国专利公开号20120264132)、热不对称交错PCR(美国专利公开号20120264132)和降落PCR(美国专利公开号20120264132)。本文公开的装置、设备、系统和/或方法可用于进行这种更专门形式的PCR。
RT-PCR反应
本公开的装置、设备、系统和方法可以包括完成RT-PCR扩增反应，因此，样品可以包含完成RT-PCR反应所必需的试剂。这些试剂的非限制性示例包括完成PCR反应所必需的试剂、逆转录酶和可用于合成互补DNA(cDNA)补体的RNA模板。在cDNA扩增之前必须除去逆转录酶的情况下，提供给热循环仪的样品不能含有完成PCR反应所必需的试剂，并且可能需要单独的扩增反应。通常，样品中每种试剂的比例可以变化，并且取决于例如待扩增的核酸的量和/或扩增产物的所需量。确定RT-PCR扩增反应所需的每种试剂的比例的方法通常是本领域技术人员已知的。
逆转录是指通过逆转录酶将核糖核酸(RNA)复制到其单链互补DNA(cDNA)的过程。逆转录酶的非限制性示例包括莫洛尼鼠类白血病病毒(MMLV)转录酶、禽成髓细胞瘤病毒(AMY)转录酶、AMV-转录酶的变体或具有内H活性的逆转录酶。在逆转录PCR(RT-PCR)中，通常具有内H3活性的逆转录酶被加入到包括RNA模板和PCR必需试剂的反应混合物中。通过在适当条件下将dNTPs与RNA模板杂交，逆转录酶可以完成RNA模板对cDNA的复制。
在复制结束时，逆转录酶可以除去从RNA模板复制的单链cDNA，以允许用上述PCR方法额外复制cDNA。由PCR产生的cDNA及其扩增产物可间接用于获取关于RNA的信息，比如RNA的序列。可以从反应混合物中除去通过逆转录酶从RNA合成的cDNA产物用作单独的DNA模板，随后可以原位发生一组PCR反应或通过PCR的扩增，逆转录酶在此与PCR必需的试剂一起包括在反应混合物中。
Q-PCR或RTQ-PCR反应
本发明的装置、设备、系统和方法可包括完成Q-PCR或RTQ-PCR扩增反应，因此样品可包含完成Q-PCR或RTQ-PCR扩增反应所需的试剂。这些试剂的非限制性示例包括完成PCR反应所必需的试剂和用于检测扩增产物的报告子。通常，样品中每种试剂的比率可以变化，并且取决于例如待扩增的核酸的量和/或扩增产物的所需量。确定Q-PCR或RTQ-PCR扩增反应所需的每种试剂的比例的方法通常是本领域技术人员已知的。
定量PCR(Q-PCR)是PCR的变体，其中定量样品中模板DNA的量。通常，PCR方法产生的扩增产物与报告子，比如荧光染料连接。在反应结束时，可以检测报告子并反算结果(基于报告子与DNA的结合比和已知的热循环数)以确定存在的原始DNA模板的量。在一些实施例中，荧光染料可以随着扩增的进行而实时检测。Q-PCR的这种变化可适当地称为实时定量PCR(RTQ-PCR)、实时PCR或动态PCR。Q-PCR和RTQ-PCR都可用于确定样品中是否存在特异性DNA模板。通常，由于随着PCR循环次数的增加，反应效率可能发生变化，然而，RTQ-PCR方法通常更灵敏、更可靠，因此，本领域技术人员更经常地采用RTQ-PCR方法作为在合成扩增产物时对扩增产物进行测量，而不是在完成所需数量的热循环时获得的扩增产物的聚集体上进行测量。Q-PCR和RTQ-PCR也可以与其他PCR方法，例如RT-PCR组合。作为将Q-PCR或RTQ-PCR与其他PCR方法组合的应用示例，报告子可包括在RT-PCR反应混合物中以通过其相关cDNA的复制检测和/或定量低水平的信使RNA(mRNA)，这能够定量特定细胞或组织中的相对基因表达。
一种或多种报告子可用于定量作为Q-PCR和RTQ-PCR方法的一部分扩增的DNA。报告子可以通过共价和/或非共价键(例如离子相互作用、范德华力、疏水相互作用、氢键等)与DNA结合。例如，非共价插入双链DNA的荧光染料可用作报告子。在另一个示例中，当与互补DNA杂交时发出荧光的DNA寡核苷酸探针可用作报告子。在一些示例中，报告子可与初始反应物结合，且报告子水平的变化可用于检测扩增的DNA。在其他示例中，当DNA扩增进行时，报告子只能是可检测的或不可检测的。报告子的检测可用本领域适合的许多检测系统中的一种来完成。光学检测器(例如荧光计、紫外/可见光吸收分光光度计)或光谱检测器(例如，核磁共振(NMR)、红外光谱)可以是例如报告子检测的有用形式。基于凝胶的技术(比如凝胶电泳)也可用于检测。
用于Q-PCR或RTQ-PCR反应的报告子可以是可检测的嵌入剂。嵌入剂通常通过让互补碱基之间的氢键断裂而与DNA结合，反而将其自身置于断裂的碱基之间。嵌入剂可与一个或多个断裂的碱基形成其自身的氢键。嵌入剂的非限制性示例包括SYBR绿、SYBR蓝、DAPI、碘化丙锭、Hoeste、SYBR金、溴化乙锭、吖啶、原黄素、吖啶橙、吖啶黄、氟香豆素、椭圆玫瑰树碱、道诺霉素、氯喹、偏端霉素D、色霉素、乙菲啶、光神霉素、钌聚吡啶基、蒽霉素、菲啶和吖啶、溴化乙锭、碘化丙锭、碘化己锭、二氢乙锭、乙锭均二聚物1、乙锭均二聚物2、氮溴化乙锭和ACMA。
用于Q-PCR或RTQ-PCR反应的报告子可以是可检测的小沟粘合剂。小沟粘合剂的非限制性示例包括吲哚和咪唑(例如Hoechst33258、Hoechst33342、Hoechst34580和DAPI)。
用于Q-PCR或RTQ-PCR反应的报告子可以是可检测的核酸染料。核酸染料的非限制性示例包括吖啶橙(也能够嵌入)、7-AAD、放线菌素D、LDS751、羟基替卡胺、SYTOX蓝、SYTOX绿、SYTOX橙，POPO-1、POPO-3、YOYO-1、YOYO-3、TOTO-I、TOTO-3、JOJO-I、LOLO-1、BOBO-1、BOBO-3、PO-PRO-1、PO-PRO-3、BO-PRO-1、BO-PRO-3、TO-PRO-1、TO-PRO-3、TO-PRO-5、JO-PRO-1、LO-PRO-1、YO-PRO-1、YO-PRO-3、PicoGreen、OliGreen、RiboGreen、SYBR金、SYBR绿I、SYBR绿II、SYBRDX、SYTO-40、-41、-42、-43、-44、-45(蓝)、SYTO-13、-16、-24、-21、-23、-12、-11、-20、-22、-15、-14、-25(绿)、SYTO-81、-80、-82、-83、-84、-85(橙)、SYTO-64、-17、-59、-61、-62、-60、-63(红)。
用于Q-PCR或RTQ-PCR反应的报告子可以是可检测的荧光染料。荧光染料的非限制性示例包括荧光素、异硫氰酸荧光素(FITC)、异硫氰酸四甲基罗丹明(TRITC)、罗丹明、四甲基罗丹明、R-藻红蛋白、Cy-2、Cy-3、Cy-3.5、Cy-5、Cy5.5、Cy-7、德克萨斯红、Phar-Red、别藻蓝蛋白(APC)、Sybr绿I、Sybr绿II、Sybr金、CellTracker绿、7-AAD、乙锭同型二聚体I、乙锭同型二聚体II、乙锭同型二聚体III、溴化乙锭、伞形酮、曙红、绿色荧光蛋白、赤藓红、香豆素、甲基香豆素、芘、孔雀绿、芪、荧光黄、级联蓝、二氯三嗪基胺荧光素、丹磺酰氯、荧光镧系复合物，比如包括铕和铽的那些、羧基四氯荧光素、5和/或6-羧基荧光素(FAM)、5-(或6-)碘乙酰胺荧光素、5-{[2(和3)-5-(乙酰基巯基)-琥珀酰基]氨基}荧光素(SAMSA-荧光素)、丽丝胺罗丹明B磺酰氯、5和/或6-羧基罗丹明(ROX)、7-氨基甲基-香豆素、7-氨基-4-甲基香豆素-3-乙酸(AMCA)、BODIPY荧光团、8-甲氧基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐、3,6-二磺酸酯-4-氨基萘酰亚胺、藻胆蛋白、AlexaFluor350、405、430、488、532、546、555、568、594、610、633、635、647、660、680、700、750和790染料、DyLight350、405、488、550、594、633、650、680、755和800染料或本领域技术人员已知的其他荧光团。对于可用于Q-PCR和RTQ-PCR方法的荧光团的详细列表，也参见Hermanson,G.T.,BIOCONJUGATE TECHNIQUES(Academic Press,SanDiego,1996)和Lakowicz，J.R.,PRINCIPLES OF FLUORESCENCE SPECTROSCOPY，(PlenumPub Corp,第二版(1999年7月))，在此将其并入本文作为参考。
在Q-PCR或RTQ-PCR反应中使用的报告子可以是可以检测的放射性物质。可用于Q-PCR和RTQ-PCR方法的放射性物质的非限制性示例包括14C 1231 1241 1251 131 I，Tc99m，35S或3H。
用于Q-PCR或RTQ-PCR反应的报告子可以是能够产生可检测信号的酶。这种信号可以通过酶对其给定底物的作用产生。可用于Q-PCR或RTQ-PCR方法的酶的非限制性示例包括碱性磷酸酶、辣根过氧化物酶、I2-半乳糖苷酶、碱性磷酸酶、β-半乳糖苷酶、乙酰胆碱酯酶和荧光素酶。
用于Q-PCR或RTQ-PCR反应的报告子可以是可以检测的亲和配体标记。特定的配体可以包括标记，比如荧光染料，并且标记的配体与其底物的结合可以产生有用的信号。可用于Q-PCR或RTQ-PCR方法的结合对的非限制性示例包括链霉抗生物素蛋白/生物素、抗生物素蛋白/生物素或抗原/抗体复合物，例如兔IgG和抗兔IgG；
用于Q-PCR或RTQ-PCR反应的报告子可以是可以通过光散射或表面等离子体共振(SPR)检测的纳米颗粒。可用于SPR基检测的材料的非限制性示例包括金和银材料。可用于Q-PCR或RTQ-PCR反应的其他纳米颗粒可以是量子点(Qdots)。Qdots通常由例如描述于美国专利号6,207,392中的半导体纳米晶体构成。可用于产生Qdot的半导体材料的非限制性示例包括MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、GaAs、InGaAs、InP、InAs或其混合组合物。
用于Q-PCR或RTQ-PCR反应的报告子可以是标记的寡核苷酸探针。基于探针的定量方法依赖于使用标记的寡核苷酸对所需DNA模板的扩增产物进行序列特异性检测。寡核苷酸可以是引物或更长的、不同类型的寡核苷酸。寡核苷酸可以是DNA或RNA。结果，与非序列特异性报告子不同，标记的序列特异性探针与扩增产物中的几个碱基杂交，从而导致检测的特异性和灵敏度增加。与探针连接的标记可以是上述各种报告子中的任何一种，也可以包括猝灭剂(例如用于抑制荧光的分子)。用于进行基于探针的定量扩增的方法描述于美国专利号5,210,015中，其全部内容通过引入并入本文作为参考。可用于Q-PCR或RTQ-PCR反应的探针的非限制性示例包括TaqMan探针、TaqMan Tamara探针、TaqMan MGB探针或Lion探针。
当使用猝灭剂和荧光染料两者时，可以使用各种布置的猝灭剂和荧光染料。就分子信标而言，例如，猝灭剂连接到能够形成发夹结构的寡核苷酸的一端。寡核苷酸的另一端是荧光染料。未结合扩增产物上的互补序列，寡核苷酸与其自身相互杂交并呈现发夹结构。在发夹构造中，荧光染料和猝灭剂彼此靠近，这有效地阻止了染料的荧光。然而，当与所需模板DNA的扩增产物杂交时，寡核苷酸以线性方式杂交，荧光和猝灭剂分离，并且可以获得和随后检测来自染料的荧光。在另一个示例中，包括保持在相邻位置的荧光染料和猝灭剂的线性、基于RNA的探针可用于检测。染料与猝灭剂的彼此靠近阻止了燃料的荧光。然而，当具有DNA聚合酶的核酸外切酶活性的探针断裂时，猝灭剂和染料被分离，并且游离染料可以发荧光并被检测。由于可以为不同的序列设计不同的探针，因此可以进行多路复用。在多路检测中，对于每种所需的DNA模板，可以通过使用不同的探针(每种探针用不同的报告子标记)来测定相同反应混合物中的几种DNA模板。
Q-PCR或RTQ-PCR反应可包括单个报告子或可包括多个报告子。一种或多种检测方法可用于定量。此外，由于Q-PCR和RT-PCR通常仅添加定量步骤，所以该定量步骤通常可与任何类型的PCR反应相连。
LCR反应
本公开的装置、设备、系统和方法可包括完成LCR扩增反应(或LCR反应的任何步骤-如本文别处所述)，因此，样品可包含完成LCR扩增反应所必需的试剂。此类试剂的非限制性示例包括待扩增的模板DNA分子、一组寡核苷酸探针、一组寡核苷酸探针(它们各自可以与模板DNA上靶序列的不同但又彼此相邻的部分杂交)、DNA连接酶、pH和浓度适于所需LCR反应的缓冲液、单价阳离子和二价阳离子。通常，样品中每种试剂的比率可以变化，并且取决于例如待扩增的核酸的量和/或扩增产物的所需量。确定LCR扩增反应所需的每种试剂的比例的方法通常是本领域技术人员已知的。
LCR通常是类似于PCR、与PCR具有一些重要的关键区别的方法。一般LCR与PCR的关键区别在于LCR使用DNA连接酶扩增寡核苷酸探针，而不是通过核苷酸与DNA聚合酶的聚合来产生扩增产物。在LCR中，可以使用对DNA模板特异的两个互补寡核苷酸探针对。在待复制模板DNA变性为其单链后，每个探针对可与模板相应单链上的相邻位置杂交。通常不在LCR中使用引物。通过连接两个探针产生的任何缺口和/或切口可以被酶DNA连接酶密封，以便产生与模板DNA互补的DNA的连续链。然而，类似于PCR，LCR通常需要热循环，热循环的每一部分驱动反应的特定步骤。重复的温度变化可导致DNA模板的变性、寡核苷酸探针的退火、寡核苷酸探针的连接，以及连接的单元与原始DNA模板的分离。此外，在一个热循环中合成的连接单元可以在下一个热循环中复制。每个热循环可导致DNA模板加倍，导致模板DNA以类似于PCR的方式进行指数扩增。
缺口LCR反应
本公开的装置、设备、系统和方法可以包括缺口LCR扩增反应的完成，因此，样品可以包含完成缺口LCR扩增反应所必需的试剂。这些试剂的非限制性示例包括完成LCR反应所必需的试剂，其中寡核苷酸探针组可以各自与模板DNA、dNTPs和DNA聚合酶上的靶序列的不同的非相邻部分杂交。通常，样品中每种试剂的比率可以变化，并且取决于例如待扩增的核酸的量和/或扩增产物的所需量。检测缺口LCR扩增反应所需的每种试剂的比例的方法通常是本领域技术人员已知的。
缺口LCR是一种特殊类型的LCR，其利用修饰的寡核苷酸探针，如果DNA模板上不存在特定序列，则不能连接该探针。可以这样设计探针：当它们与DNA模板的单个链杂交时，它们不连续地进行杂交，并且通常被一至几个碱基对的缺口隔开。可以使用DNA聚合酶用dNTP填充缺口，这可以导致两个原始探针的邻接。如通常LCR、DNA连接酶可连接两个所得的相邻探针，以产生与原始模板互补的连续DNA链。然后可以将新合成的链用于模板扩增的进一步热循环。缺口LCR通常比LCR具有更高的灵敏度，因为它使模板DNA上不存在所需序列的连接最小化。此外，DNA连接酶和DNA聚合酶的联合使用也可以更准确地鉴定目的序列，即使在可获得低水平DNA模板的情况下。
另外，由于LCR是DNA复制方法，因此类似于RT-PCR、Q-PCR和RTQPCR的方法是可能的。例如，可以考虑将上述任何报告子用于定量(Q-LCR)或实时定量LCR(RTQ-LCR)反应。此外，LCR方法可与PCR或其他核酸扩增技术组合。
Q-LCR和LTQ-LCR反应
本公开的装置、设备、系统和方法可以包括完成Q-LCR或LTQ-PCR反应，因此，样品可以包含完成Q-LCR或RTQ-LCR反应所必需的试剂。这种试剂的非限制性示例包括完成LCR反应所必需的试剂和用于检测扩增产物的报告子。通常，样品中每种试剂的比率可以变化，并且取决于例如待扩增的核酸的量和/或扩增产物的所需量。检测Q-LCR和RTQ-LCR扩增反应所需的每种试剂的比例的方法通常是本领域技术人员已知的。
因为LCR是DNA复制方法，所以类似于RT-PCR、Q-PCR和RTQPCR的方法是可能的。例如，可以考虑将上述任何报告子用于定量(Q-LCR)或实时定量LCR(RTQ-LCR)反应。此外，LCR方法可与PCR或其他核酸扩增技术组合。
数字核酸扩增反应
本公开的装置、设备、系统和方法可以包括完成数字核酸扩增反应，因此，样品可以包含完成数字核酸扩增反应所必需的试剂。通常，当将核酸扩增所需的样品和/或试剂适当分离成更小的分区时，本文讨论的任何示例性核酸扩增反应可以以数字形式进行。在一些实施例中，这种分区可以是液滴或者可以是原始样品的较大等分样品。通常，分区中每种试剂的比例可以变化，并且取决于例如在每个液滴中要扩增的核酸的量和/或扩增产物的所需量。确定特定数字核酸扩增反应所需的每种试剂的比例的方法通常是本领域技术人员已知的。
数字核酸扩增是允许扩增从较大样品获得的被分馏成分区的核酸模板亚组的技术。在一些情况下，分区可以包含单个核酸模板，使得从模板扩增产生的扩增产物仅来源于模板。可使用报告子检测扩增产物，包括本文所述的那些报告子示例中的任一种。单个核酸模板的扩增可用于区分遗传变异，包括例如基因的野生型等位基因、突变等位基因、母体等位基因或父本等位基因。可以在别处找到对关于PCR的该技术的更全面的讨论(参见Pohl等人，专家Rev.Mo！.Diagn.4(1):41-7(2004)，和Vogelstein和Kinzler，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 96:9236-9241(1999))，将这两者全部并入本文作为参考。只要实现包含完全反应混合物(例如，包含待扩增的核酸模板和用于所需核酸扩增反应的所需试剂两者的反应混合物)的分区的适当热循环，本文所讨论的任何示例性核酸扩增反应都可以数字化地进行。实际上，数字核酸扩增方法仍然需要热循环和精确的温度控制，它们的非数字类似物也是如此。
在数字核酸扩增反应中，将大样品分馏成许多较小的分区，由此这些分区平均可以含有单个拷贝的核酸模板或多个拷贝的模板。单个核酸分子可以借助许多装置和策略进行分配，非限制性示例包括微孔板、毛细管、包含乳液的分散体、小型化腔室阵列、核酸结合表面、流动细胞、液滴分配或其组合。可以使用选择的核酸扩增反应对每个分区进行热循环以产生其组分模板核酸的扩增产物，并且此类反应的非限制性示例包括数字RT-PCR(dRT-PCR)核酸扩增反应、数字(dRT-LCR)核酸扩增反应、数字Q-PCR(dQ-PCR)核酸扩增反应、数字Q-LCR(dQ-LCR)核酸扩增反应、数字RTQ-PCR(dRTQ-PCR)核酸扩增反应、数字LTQ-LCR(dLTQ-LCR)核酸扩增反应、或其组合。
在使用报告子的情况下，对于相关的特定核酸模板，每个分区可以被认为是“阳性”或“阴性”。阳性的数目可以被计数，因此，可以根据计数推断预分区样品中模板的起始量。在一些实施例中，可以通过假设核酸模板群体在原始样品中的分区遵循泊松分布来实现计数。基于这种分析，将每个分区标记为含有相关的核酸模板(例如标记为“阳性”)或不含有相关的核酸模板(例如标记为“阴性”)。核酸扩增后，可以通过计数包含“阳性”反应的分区的数目来定量模板。此外，数字核酸扩增不依赖于扩增循环的数目来确定原始样品中存在的核酸模板的初始量。这种依赖性的缺乏消除了对不确定指数扩增假设的依赖，因此提供了一种直接、绝对量化的方法。
最常见的是，起始样品的多个系列稀释物用于在分区中达到核酸模板的适当浓度。每个分区的体积可取决于许多因素，包括例如用于产生扩增产物的热循环仪的体积容量。此外，通过数字核酸扩增进行的定量分析通常需要以低的假阳性率可靠地扩增核酸模板的单拷贝。这种能力可能需要在微升规模的容器中进行仔细优化。此外，核酸扩增反应的分析精度可取决于反应次数。
在一些实施例中，数字核酸扩增反应可以是液滴数字核酸扩增反应。这种核酸扩增反应的非限制性示例包括液滴数字PCR(ddPCR)、液滴数字RT-PCR(ddRT-PCR)、液滴数字Q-PCR(ddQ-PCR)、液滴数字RTQ-PCR(ddRTQ-PCR)、液滴数字LCR(ddLCR)、液滴数字RT-LCR(ddRT-LCR)、液滴数字Q-LCR(ddQ-LCR)或液滴数字RTQ-LCR(ddQ-LCR)或其组合。
在一些情况下，数字核酸扩增反应可以是液滴数字核酸扩增反应。例如，这种核酸扩增反应可以是液滴数字PCR(ddPCR)核酸扩增反应。ddPCR核酸扩增反应可以通过首先将包含核酸的较大样品分成多个液滴来完成。每个液滴包含核酸在原始样品中的随机分区。然后可将液滴与包含PCR反应所需的试剂(例如，可与模板DNA上的靶序列杂交的一组两种引物、DNA聚合酶、脱氧核苷酸三磷酸(dNTPs)、pH和浓度适于所需PCR反应的缓冲液、单价阳离子和二价阳离子)不同的液滴合并。然后将新的合并液滴在热循环仪中适当地热循环并开始PCR。或者，可以在将样品分成液滴之前已经包含PCR所需的试剂，因此不需要液滴与其他液滴的组合。
可以按照类似的方法完成液滴数字RT-PCR(ddRT-PCR)核酸扩增反应、液滴数字LCR(ddLCR)核酸扩增反应、液滴数字RT-PCR(ddRT-LCR)核酸扩增反应、液滴数字Q-PCR(ddQ-PCR)核酸扩增反应。液滴数字RTQ-PCR(ddRTQ-PCR)核酸扩增反应、液滴数字Q-LCR(ddQ-LCR)核酸扩增反应或液滴数字RTQ-LCR(ddRTQ-LCR)反应。
在定量液滴数字核酸扩增反应(例如ddQ-PCR、ddRTQ-PCR、ddQ-LCR或ddRTQ-LCR)的情况下，液滴还可以包含用于检测扩增产物的报告子。这样的报告子可以通过结合液滴与核酸接触，或者可以已经包括在包含待扩增的核酸模板的分区中。
可以使用各种样品保持器完成液滴核酸扩增。在一些示例中，可以将液滴施加到样品保持器的一个或多个孔中，然后热循环。在其他示例中，可以使用包含流体通道的装置，比如流动池或微流体装置。流体通道可用于传输液滴通过样品保持器(或热循环仪的其他部件)，使得液滴与样品保持器(或热循环仪的其他部件)的不同温度区域热接触引起液滴的适当热循环。
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。这些实施例应当被认为是单个发明文件：每个申请引用其他申请，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。
定义
在本申请中或在以下专利中定义了用于描述本文公开的装置、系统和方法的术语：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，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，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卡中的两个板之一，其中间隔件固定到该板在临时申请序列号62/456065中更多地描述了COF卡、CROF卡和X板，其全部内容出于所有目的并入本文。
RHC卡(样品保持器)包括Q卡。
(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以下专利中列出、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：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，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(3)铰链、开口凹口、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以下专利中列出、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：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，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(4)Q卡、滑块和智能手机检测系统
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以下专利中列出、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：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，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以下专利中列出、描述和总结了检测方法：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，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以下专利中列出、描述和总结了标记：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，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
在一些实施例中，标记分析物包括使用例如标记试剂，比如包括可检测标记的分析物特异性结合成员。可检测标记包括但不限于荧光标记、比色标记、化学发光标记、酶联试剂、多色试剂、抗生物素蛋白-链霉抗生物素蛋白相关检测试剂等。在一些实施例中，可检测标记是荧光标记。荧光标记是可通过荧光检测器检测的标记部分。例如，荧光标记与相关分析物的结合允许通过荧光检测器检测相关分析物。荧光标记的示例包括但不限于在与试剂接触时发荧光的荧光分子、在用电磁辐射(例如UV、可见光、X射线等)照射时发荧光的荧光分子等。
在一些实施例中，用于标记的合适的荧光分子(荧光团)包括但不限于IRDye800CW、Alexa790、Dylight800、荧光素、异硫氰酸荧光素、羧基荧光素的琥珀酰亚胺基酯、荧光素的琥珀酰亚胺基酯、荧光素二氯三嗪的5-异构体、笼状羧基荧光素-丙氨酸-甲酰胺、俄勒冈绿488、俄勒冈绿514；荧光黄、吖啶橙、若丹明、四甲基若丹明、德克萨斯红、碘化丙啶、JC-1(5,5’,6,6’-四氯-1,1’,3,3’-四乙基苯并咪唑基酞菁碘化物)、四溴若丹明123、若丹明6G、TMRM(四甲基若丹明甲酯)、TMRE(四甲基若丹明乙酯)、四甲基若丹明、若丹明B和4-二甲基氨基四甲基若丹明、绿色荧光蛋白、蓝移型绿色荧光蛋白、青移型绿色荧光蛋白、红移型绿色荧光蛋白、黄移型绿色荧光蛋白、4-乙酰氨基-4’-异硫氰酸酯基二苯乙烯-2,2’-二磺酸；吖啶和衍生物，例如吖啶、异硫氰酸吖啶；5-(2’-氨基乙基)氨基萘-1-磺酸(EDANS)；4-氨基-N-[3-乙烯基磺酰基)苯基]萘酰胺-3、5二磺酸盐；N-(4-苯胺基-1-萘基)马来酰亚胺；邻氨基苯甲酰胺；4,4-二氟-5-(2-噻吩基)-4-硼-3a,4a二氮杂-5-引达省-3-丙酸BODIPY；级联蓝；亮黄色；香豆素和衍生物：香豆素、7-氨基-4-甲基香豆素(AMC、香豆素120)、7-氨基-4-三氟甲基香豆素(香豆素151)；花青染料；氰基；4’,6-二氨基-2-苯基吲哚(DAPI)；5’,5”-二溴邻苯三酚磺基萘(溴邻苯三酚红
Figure BDA0002375288590001561
)；7-二乙氨基-3-(4’-异硫氰酸酯基)-4-甲基香豆素；二亚乙基三胺五乙酸酯；4,4’-二异硫氰酸氢二苯乙烯-2-,2’-二磺酸；4,4’-二异氰硫基二亚苯基-2,2’-二磺酸；5-(二甲基氨基)萘-1-磺酰氯(DNS，丹磺酰氯)；4-二甲基氨基苯基偶氮苯基-4’-异硫氰酸酯(DABITC)；曙红和衍生物：曙红、曙红异硫氰酸酯、藻红和衍生物：藻红B、藻红、异硫氰酸酯；乙锭；荧光素及其衍生物：5-羧基荧光素(FAM)、5-(4,6-二氯三嗪-2-基)氨基-β-荧光素(DTAF)、2’,7’-二甲氧基-4’,5’-二氯-6-羧基荧光素(JOE)、荧光素、异硫氰酸荧光素、QFITC、(XRITC)；荧光胺；IR144；IR1446；孔雀绿异硫氰酸酯；4-甲基伞形酮邻甲酚基酞；硝基酪氨酸；对玫瑰苯胺；酚红；B-藻红蛋白；邻苯二醛；芘及其衍生物：芘、丁酸芘、琥珀酰亚胺基1-芘；丁酸酯量子点；活性红4(CibacronTM亮红3B-A)罗丹明和衍生物：6-羧基-X-罗丹明(ROX)、6-羧基罗丹明(R6G)、丽丝胺罗丹明B磺酰氯罗丹明(Rhod)、罗丹明B、罗丹明123、罗丹明X异硫氰酸酯、磺基罗丹明B、磺基罗丹明101、磺基罗丹明101的磺酰氯衍生物(Texas10Red)；N,N,N’,N’-四甲基-6-羧基罗丹明(TAMRA)；四甲基罗丹明；四甲基罗丹明异硫氰酸酯(TRITC)；核黄素；5-(2’-氨基乙基)氨基萘-1-磺酸(EDANS)、4-(4’-二甲基氨基苯基偶氮)苯甲酸(DABCYL)、玫红酸；CAL荧光橙560；铽螯合物衍生物；Cy3；Cy5；Cy5.5；Cy7；IRD700；IRD800；La Jolla Blue；酞菁；和萘酞菁、香豆素和相关染料、吨染料,比如紫红、试卤灵、二甲烷、吖啶、异吲哚、丹酰染料、氨基邻苯二甲酰肼,比如鲁米诺,和异鲁米诺衍生物、氨基邻苯二甲酰亚胺、氨基萘二甲酰亚胺、氨基苯并呋喃、氨基喹啉、二氰基氢醌、荧光铕和铽复合物；其组合等。
合适的荧光蛋白和显色蛋白包括但不限于绿色荧光蛋白(GFP),该绿色荧光蛋白(GFP)包括但不限于来源于维多利亚水母的GFP或其衍生物，例如“人源化”衍生物,比如增强的GFP；来自另一物种，比如来自Renilla reniformis、Renilla mulleri或Ptilosarcusguernyi的GFP；“人源化”重组GFP(hrGFP)；来自珊瑚虫物种的多种荧光和有色蛋白质中的任一种；它们的组合；等等。
在一些实施例中，可用于染色血细胞的染料包含瑞氏染料(曙红、亚甲蓝)、吉姆沙染料(曙红、亚甲蓝和天青蓝)、Can-Grünwald染料、Leishman染料(“多色”亚甲蓝(即，去甲基化得到各种天青)和曙红)、赤藓红B染色(赤藓红B)等荧光染料包括但不限于吖啶橙染料、3,3-二己基氧杂羰花青(DiOC6)、碘化丙啶(PI)、异硫氰酸荧光素(FITC)和碱性橙21(BO21)染料、溴化乙锭、亮硫黄素和二磺酸衍生物、赤藓红B或台盼蓝、Hoechst33342、三盐酸盐、三水合物和DAPI(4’,6-二脒基-2-苯基吲哚、二盐酸盐)。
在一些实施例中，标记试剂被配置为特异性结合相关的分析物。在一些实施例中，标记试剂可以在样品施加到装置之前存在于装置中。在一些实施例中，可在标记试剂与分析物-捕获剂复合物结合后洗涤装置，以从装置中除去未与分析物-捕获剂复合物结合的任何过量标记试剂。
在一些实施例中，在分析物结合到装置之后标记分析物，例如，在CROF装置中，即，在夹型测定中，使用可同时结合到分析物的标记结合剂作为捕获剂，且分析物结合到该捕获剂。
在一些实施例中，核酸分析物可以被捕获在装置上，并且标记的核酸可以同时与分析物杂交，作为核酸分析物在装置中结合的捕获剂。
(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)。在本文中公开了或在以下专利中列出、描述和总结了分析物：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，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以下专利中列出、描述和总结了应用：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，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以下专利中列出、描述和总结了相关的云技术：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，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”包括复数指示对象，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”是指元件、部件或其他受试者被设计和/或旨在执行给定功能。因此，术语“适配”和“配置”的使用不应被解释为是指给定的元件、组件或其他受试者简单地“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受试者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。
如这里所使用的，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释，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，可以可选地存在其他实体，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。
其他示例性实施例
装置，包含：
第一板，该第一板包含聚合物材料并且具有小于或等于100μm的厚度；
第二板，该第二板包含聚合物材料并且具有小于或等于100μm的厚度；以及
加热/冷却层，该加热/冷却层被设置在第一板或第二板上，该加热/冷却层具有在6×10-5W/K乘以该加热/冷却层的厚度与1.5×10-4W/K乘以该加热/冷却层的厚度之间的热导率，
其中第一板和第二板以平行布置的方式彼此面对，并且彼此隔开一段距离，并且其中第一板和第二板被配置为接收夹在第一板与第二板之间的流体样品。
根据前述任一实施例的装置，还包含设置在加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的装置，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的装置，其中第一板可相对于第二板移动。
根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的装置，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的装置，还包含设置在第一板与第二板之间的多个球形间隔件。
根据前述任一实施例的装置，还包含具有约10μm高度的多个间隔件，其中该多个间隔件设置在第一板与第二板之间。
根据前述任一实施例的装置，其中第一板与第二板之间的距离小于或等于100μm。
根据前述任一实施例的装置，还包含铰链，该铰链被配置为将第一板与第二板连接，并且联接到第一板或第二板的边缘。
装置，包含：
第一板；
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中该第二板以平行布置的方式与该第一板隔开小于或等于该第二板的厚度的距离；以及
设置在第一板或第二板上的加热/冷却层，
其中该加热/冷却层被配置为接收电磁辐射，使得夹在第一板与第二板之间的液体样品的至少一部分以至少30℃/sec的速率被加热。
根据前述任一实施例的装置，还包含设置在加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的装置，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的装置，其中第一板可相对于第二板移动。
根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的装置，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的装置，还包含设置在第一板与第二板之间的多个球形间隔件。
根据前述任一实施例的装置，还包含具有约10μm高度的多个间隔件，其中该多个间隔件设置在第一板与第二板之间。
根据前述任一实施例的装置，其中该液体样品的至少一部分包含沿着该电磁辐射的路径的一定体积的样品。
根据前述任一实施例的装置，还包含铰链，该铰链被配置为将第一板与第二板连接，并且联接到第一板或第二板的边缘。
装置，包含：
第一板；
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中该第二板以平行布置的方式与该第一板隔开小于或等于该第二板的厚度的距离；以及
设置在第一板或第二板上的加热/冷却层，
其中当该加热/冷却层没有接收到由光源产生的电磁辐射时，夹在第一板和第二板之间的液体样品的至少一部分以至少30℃/sec的速率被冷却。
根据前述任一实施例的装置，还包含设置在加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的装置，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的装置，其中第一板可相对于第二板移动。
根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的装置，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的装置，还包含设置在第一板与第二板之间的多个球形间隔件。
根据前述任一实施例的装置，还包含具有约10μm高度的多个间隔件，其中该多个间隔件设置在第一板与第二板之间。
根据前述任一实施例的装置，其中，该液体样品的至少一部分包含邻近该加热/冷却层的一定体积的样品。
根据前述任一实施例的装置，还包含铰链，该铰链被配置为将第一板与第二板连接，并且联接到第一板或第二板的边缘。
装置，包含：
第一板；
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中该第二板的内表面以平行布置的方式与该第一板的内表面隔开小于或等于该第二板的厚度的距离；
设置在第二板的内表面或外表面上的加热/冷却层；以及
在第一板的内表面上干燥的试剂层。
根据前述任一实施例的装置，还包含设置在加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的装置，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的装置，其中第一板可相对于第二板移动。
根据前述任一实施例的装置，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的装置，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的装置，还包含设置在第一板与第二板之间的多个球形间隔件。
根据前述任一实施例的装置，还包含具有约10μm高度的多个间隔件，其中该多个间隔件设置在第一板与第二板之间。
根据前述任一实施例的装置，其中该干燥试剂层包含用于核酸扩增的试剂。
根据前述任一实施例的装置，还包含铰链，该铰链被配置为将第一板与第二板连接，并且联接到第一板或第二板的边缘。
系统，包含：
装置，该装置包含：
第一板，该第一板包含聚合物材料并且具有小于或等于100μm的厚度，
第二板，该第二板包含聚合物材料并且具有小于或等于100μm的厚度，其中该第二板以平行布置的方式与该第一板隔开小于或等于该第二板的厚度的距离，
加热/冷却层，该加热/冷却层被设置在第一板或第二板上，该加热/冷却层具有厚度，以及在6×10-5W/K乘以该加热/冷却层的厚度与1.5×10-4W/K乘以该加热/冷却层的厚度之间的热导率，并且
支撑框架，被配置为支撑至少一个第一板和第二板；
壳体，该壳体具有被配置为接收该装置的第一开口以及至少一个其他开口；
光源，该光源被配置为朝向该加热/冷却层引导电磁辐射，
其中该加热/冷却层被配置为吸收该电磁辐射的至少一部分，使得夹在第一板与第二板之间的液体样品的至少一部分以至少30℃/sec的速率被加热，并且
其中当该加热/冷却层没有接收到由该光源产生的电磁辐射时，夹在第一板与第二板之间的该液体样品的至少该部分以至少30℃/sec的速率被冷却，并且
其中该系统消耗小于500mW的功率。
根据前述任一实施例的系统，其中该装置还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的系统，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的系统，其中第一板可相对于第二板移动。
根据前述任一实施例的系统，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的系统，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的系统，其中该光源包含发光二极管(LED)。
根据前述任一实施例的系统，还包含被配置为将电磁辐射从光源引导到加热/冷却层的光导管。
根据前述任一实施例的系统，其中该外壳的至少一个其他开口被配置为当该装置经由该第一开口放置在该外壳内时在夹在第一板与第二板之间的液体样品的至少该部分上对准。
根据前述任一实施例的系统，其中该支撑框架配置为沿着第一板或第二板的周边支撑至少第一板或第二板。
系统，包含：
装置，该装置包含：
第一板，
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中该第二板以平行布置的方式与该第一板隔开小于或等于该第二板的厚度的距离，
加热/冷却层，该加热/冷却层被设置在第一板或第二板上，以及
支撑框架，被配置为支撑至少一个第一板和第二板；以及
光源，该光源被配置为朝向该加热/冷却层引导电磁辐射，
其中当该加热/冷却层没有接收到由该光源产生的电磁辐射时，夹在第一板和第二板之间的液体样品的至少一部分以至少30℃/sec的速率被冷却。
根据前述任一实施例的系统，其中该装置还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的系统，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的系统，其中第一板可相对于第二板移动。
根据前述任一实施例的系统，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的系统，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的系统，其中该光源包含发光二极管(LED)。
根据前述任一实施例的系统，其中该LED包含蓝色LED。
根据前述任一实施例的系统，还包含被配置为将电磁辐射从光源引导到加热/冷却层的光导管。
根据前述任一实施例的系统，其中该支撑框架配置为沿着第一板或第二板的周边支撑至少第一板或第二板。
系统，包含：
装置，该装置包含：
第一板，
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中该第二板以平行布置的方式与该第一板隔开小于或等于该第二板的厚度的距离，
设置在第一板或第二板上的加热/冷却层；以及
光源，被配置为朝向该加热/冷却层引导电磁辐射，其中该系统消耗小于500mW的功率。
根据前述任一实施例的系统，其中该装置还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的系统，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的系统，其中第一板可相对于第二板移动。
根据前述任一实施例的系统，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的系统，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的系统，其中该光源包含发光二极管(LED)。
根据前述任一实施例的系统，其中该LED包含蓝色LED。
根据前述任一实施例的系统，还包含被配置为将电磁辐射从光源引导到加热/冷却层的光导管。
根据前述任一实施例的系统，还包含支撑框架，该支撑框架被配置为沿着第一板或第二板的周边支撑至少第一板或第二板。
系统，包含：
装置，该装置包含：
第一板，
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中该第二板以平行布置的方式与该第一板隔开小于或等于该第二板的厚度的距离，
加热/冷却层，该加热/冷却层被设置在第一板或第二板上，以及
支撑框架，被配置为支撑至少一个第一板和第二板；
壳体，该壳体具有被配置为接收该装置的第一开口以及至少一个其他开口；以及
光源，该光源被配置为引导电磁辐射穿过该壳体的该至少一个其他开口并且朝向该加热/冷却层引导电磁辐射，
其中当该加热/冷却层没有接收到由该光源产生的电磁辐射时，夹在第一板和第二板之间的液体样品以至少30℃/sec的速率被冷却。
根据前述任一实施例的系统，其中该装置还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的系统，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的系统，其中第一板可相对于第二板移动。
根据前述任一实施例的系统，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的系统，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的系统，其中该光源包含发光二极管(LED)。
根据前述任一实施例的系统，其中该LED包含蓝色LED。
根据前述任一实施例的系统，还包含被配置为将电磁辐射从光源引导到加热/冷却层的光导管。
根据前述任一实施例的系统，其中该支撑框架配置为沿着第一板或第二板的周边支撑至少第一板或第二板。
使用装置的方法，包含：
将第二板放置在第一板上，使得流体样品以由位于至少一个第一板和第二板上的一个或多个间隔件确定的厚度夹在第一板和第二板之间；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；以及
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分。
根据前述任一实施例的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的方法，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链在该第一板上闭合该第二板。
根据前述任一实施例的方法，其中该加热层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的方法，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的方法，其中激活热源包含激活LED以向该加热层辐射光。
根据前述任一实施例的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
根据前述任一实施例的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
根据前述任一实施例的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
使用装置的方法，包含：
将第二板放置在第一板上，使得流体样品以由位于至少一个第一板和第二板上的一个或多个间隔件确定的厚度夹在第一板和第二板之间；
在给定时间段内激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在给定时间段之后停用热源，其中流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却。
根据前述任一实施例的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的方法，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链在该第一板上闭合该第二板。
根据前述任一实施例的方法，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的方法，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的方法，其中激活热源包含激活LED以向该加热/冷却层辐射光。
根据前述任一实施例的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
根据前述任一实施例的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
根据前述任一实施例的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
使用装置的方法，包含：
将第二板放置在第一板上，使得流体样品以由位于至少一个第一板和第二板上的一个或多个间隔件确定的厚度夹在第一板和第二板之间；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；以及
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分。
根据前述任一实施例的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的方法，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链在该第一板上闭合该第二板。
根据前述任一实施例的方法，其中该加热层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的方法，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的方法，其中激活热源包含激活LED以向该加热层辐射光。
根据前述任一实施例的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
根据前述任一实施例的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
根据前述任一实施例的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分；以及
在夹在第一板和第二板之间的流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
根据前述任一实施例的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的方法，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链在该第一板上闭合该第二板。
根据前述任一实施例的方法，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的方法，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的方法，其中激活热源包含激活LED以向该加热/冷却层辐射光。
根据前述任一实施例的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
根据前述任一实施例的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
根据前述任一实施例的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于第二板的内表面上；
通过进行一个或多个PCR循环扩增样品中的核酸，其中每个PCR循环包含变性步骤、退火步骤和延伸步骤；
其中变性步骤、退火步骤和/或延伸步骤中的一个或多个包含：
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；以及
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分。
根据前述任一实施例的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的方法，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链在该第一板上闭合该第二板。
根据前述任一实施例的方法，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的方法，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的方法，其中激活热源包含激活LED以向该加热/冷却层辐射光。
根据前述任一实施例的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
根据前述任一实施例的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
根据前述任一实施例的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于第二板的内表面上；
在给定时间段内激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在给定时间段之后停用热源，其中邻近加热/冷却层的流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
在夹在第一板和第二板之间的流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
根据前述任一实施例的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的方法，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链在该第一板上闭合该第二板。
根据前述任一实施例的方法，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的方法，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的方法，其中激活热源包含激活LED以向该加热/冷却层辐射光。
根据前述任一实施例的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
根据前述任一实施例的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
根据前述任一实施例的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于第二板的内表面上；
通过进行一个或多个PCR循环扩增样品中的核酸，其中每个PCR循环包含变性步骤、退火步骤和延伸步骤；
其中变性步骤、退火步骤和/或延伸步骤中的一个或多个包含：
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；以及
在给定时间段之后停用热源，其中邻近加热/冷却层的流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
在夹在第一板和第二板之间的流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
根据前述任一实施例的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的方法，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链在该第一板上闭合该第二板。
根据前述任一实施例的方法，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的方法，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的方法，其中激活热源包含激活LED以向该加热/冷却层辐射光。
根据前述任一实施例的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
根据前述任一实施例的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
根据前述任一实施例的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品以由位于至少一个第一板和第二板上的一个或多个间隔件确定的厚度夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分；以及
在夹在第一板和第二板之间的流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
根据前述任一实施例的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的方法，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链在该第一板上闭合该第二板。
根据前述任一实施例的方法，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的方法，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的方法，其中激活热源包含激活LED以向该加热/冷却层辐射光。
根据前述任一实施例的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
根据前述任一实施例的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
根据前述任一实施例的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品以由位于至少一个第一板和第二板上的一个或多个间隔件确定的厚度夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于第二板的内表面上；
通过进行一个或多个PCR循环扩增样品中的核酸，其中每个PCR循环包含变性步骤、退火步骤和延伸步骤；
其中变性步骤、退火步骤和/或延伸步骤中的一个或多个包含：
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分；以及
在夹在第一板和第二板之间的流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
根据前述任一实施例的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的方法，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链在该第一板上闭合该第二板。
根据前述任一实施例的方法，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的方法，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的方法，其中激活热源包含激活LED以向该加热/冷却层辐射光。
根据前述任一实施例的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
根据前述任一实施例的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
根据前述任一实施例的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
检测样品中目标核酸序列的有无的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得该流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于该第二板的内表面上，并且其中该试剂包含能够与该目标核酸杂交的引物；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分；以及
检测流体样品是否含有目标核酸序列的扩增产物。
根据前述任一实施例的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的方法，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链在该第一板上闭合该第二板。
根据前述任一实施例的方法，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的方法，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的方法，其中激活热源包含激活LED以向该加热/冷却层辐射光。
根据前述任一实施例的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
根据前述任一实施例的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
根据前述任一实施例的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
检测样品中目标核酸序列的有无的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得该流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于该第二板的内表面上，并且其中该试剂包含能够与该目标核酸杂交的引物；
在给定时间段内激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在给定时间段之后停用热源，其中邻近加热/冷却层的流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
检测流体样品是否含有目标核酸序列的扩增产物。
根据前述任一实施例的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的方法，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链在该第一板上闭合该第二板。
根据前述任一实施例的方法，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的方法，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的方法，其中激活热源包含激活LED以向该加热/冷却层辐射光。
根据前述任一实施例的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
根据前述任一实施例的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
根据前述任一实施例的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上
检测样品中目标核酸序列的有无的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得该流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于该第二板的内表面上，并且其中该试剂包含能够与该目标核酸杂交的引物；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分；以及
检测流体样品是否含有目标核酸序列的扩增产物。
根据前述任一实施例的方法，其中第一板或第二板还包含设置在该加热/冷却层上的光吸收层，其中该光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
根据前述任一实施例的方法，其中该光吸收层包含黑色涂料。
根据前述任一实施例的方法，还包含使用连接在第一板和第二板之间的铰链在该第一板上闭合该第二板。
根据前述任一实施例的方法，其中该加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
根据前述任一实施例的方法，其中至少一个第一板和第二板在其整个主表面上具有约400mm2的面积。
根据前述任一实施例的方法，其中激活热源包含激活LED以向该加热/冷却层辐射光。
根据前述任一实施例的方法，还包含基于该流体样品的该部分的测量或估计温度来控制该LED的输出。
根据前述任一实施例的方法，还包含在电磁辐射到达加热层之前使用扩束器扩展电磁辐射。
根据前述任一实施例的方法，还包含将第一板或第二板的周边支撑在支撑框架上。
用于检测样品中分析物的有无的方法，包含：
将流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分；以及
检测流体样品是否含有分析物。
用于检测样品中分析物的有无的方法，包含：
将包含的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
在给定时间段内激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在给定时间段之后停用热源，其中邻近加热/冷却层的流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及检测流体样品是否含有分析物。
用于检测样品中分析物的有无的方法，包含：
将流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分；以及
检测流体样品是否含有分析物。
用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自该受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分；以及
检测该流体样品是否含有该分析物；
其中分析物的有无指示受试者是否患有病症。
用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自该受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
在给定时间段内激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在给定时间段之后停用热源，其中邻近加热/冷却层的流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
检测该流体样品是否含有该分析物；
其中分析物的有无指示受试者是否患有病症。
用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自该受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分；以及
检测该流体样品是否含有该分析物；
其中分析物的有无指示受试者是否患有病症。
用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自该受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少该加热层，以至少30℃/sec的速率加热该流体样品的至少一部分；
量化流体样品中分析物的量；以及
将该量与该分析物的对照或参考量进行比较；
其中与对照或参考量相比，样品中分析物的量变多或减少指示受试者患有病症。
用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自该受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
在给定时间段内激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在给定时间段之后停用热源，其中邻近加热/冷却层的流体样品的至少一部分在停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；
量化流体样品中分析物的量；以及
将该量与该分析物的对照或参考量进行比较；
其中与对照或参考量相比，样品中分析物的量变多或减少指示受试者患有病症。
用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自该受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在第一板上，使得流体样品夹在第一板和第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于第二板的内表面上；
激活热源，该热源被配置为朝向位于第一板或第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中该热源消耗小于500mW的功率；
使用至少该加热层加热该流体样品的至少一部分；以及
量化流体样品中分析物的量；以及
将该量与该分析物的对照或参考量进行比较；
其中与对照或参考量相比，样品中分析物的量变多或减少指示受试者患有病症。
试剂盒，包含：
根据前述任一实施例中的装置；以及
预混合聚合酶链式反应介质。
根据前述任一实施例的试剂盒，其中该预混合聚合酶链式反应介质包含：DNA模板、两种引物、DNA聚合酶、脱氧核苷三磷酸(dNTPs)、二价阳离子、单价阳离子和缓冲溶液。

Claims (307)

1.一种装置，包含：
第一板，所述第一板包含聚合物或玻璃材料并且具有小于或等于100μm的厚度；
第二板，所述第二板包含聚合物或玻璃材料并且具有小于或等于100μm的厚度；以及
加热/冷却层，所述加热/冷却层被设置在所述第一板或所述第二板上，所述加热/冷却层具有的热导率介于6×10-5W/K乘以所述加热/冷却层的厚度和1.5×10-4W/K乘以所述加热/冷却层的厚度之间，
其中所述加热/冷却层为15μm或更薄并且具有的表面热辐射能力是黑体的表面热辐射能力的至少50％，
其中所述第一板和所述第二板以平行布置的方式彼此面对，并且彼此隔开150μm或更小的距离，并且其中所述第一板和所述第二板被配置为接收夹在所述第一板与所述第二板之间的流体样品。
2.一种用于快速改变样品温度的装置，包含：
第一板，所述第一板包含聚合物或玻璃材料并且具有小于或等于100μm的厚度；
第二板，所述第二板包含聚合物或玻璃材料并且具有小于或等于100μm的厚度；
设置在所述第一板或所述第二板上的加热/冷却层，所述加热/冷却层具有的热导率介于6×10-5W/K乘以所述加热/冷却层的厚度和1.5×10-4W/K乘以所述加热/冷却层的厚度之间；以及
夹具，所述夹具挤压所述第一板和所述第二板以将所述两个板固定在一起，其中所述挤压在所述板上施加压力；
其中所述第一板和所述第二板以平行布置的方式彼此面对，并且彼此隔开150μm或更小的距离，并且其中所述第一板和所述第二板被配置为接收夹在所述第一板与所述第二板之间的流体样品，并且
其中所述压力作用在所述被夹样品的区域的周边区域上，这样减少所述样品流出所述区域。
3.一种用于快速改变样品温度的方法，包含：
i.提供任一权利要求中的装置；
ii.在所述第一板或所述第二板的一个或两个所述样品接触区域上沉积流体样品；
iii.用手按压所述板以将所述样品夹在它们之间并且将所述样品的至少一部分按压成薄层：
iv.改变和/或维持所述装置中相关体积的温度。
4.一种用于快速改变样品温度的方法，包含：
i.提供装置，所述装置包含第一板、第二板、加热/冷却层，其中：
a.所述第一板包含聚合物或玻璃材料并且具有小于或等于100μm的厚度；
b.所述第二板包含聚合物或玻璃材料并且具有小于或等于100μm的厚度；
c.所述加热/冷却层设置在所述第一板或所述第二板上，所述加热/冷却层具有的热导率介于6×10-5W/K乘以所述加热/冷却层的厚度和1.5×10-4W/K乘以所述加热/ 冷却层的厚度之间；以及
d.夹具，所述夹具挤压所述第一板和所述第二板以将所述两个板固定在一起，其中所述挤压在所述板上施加压力；
ii.在所述第一板或所述第二板的一个或两个所述样品接触区域上沉积流体样品；
iii.用手按压所述板以使所述样品接触区域彼此面对，
其中所述第一板和所述第二板以平行布置的方式彼此面对，并且彼此隔开150μm或更小的距离，并且其中所述第一板和所述第二板被配置为接收夹在所述第一板与所述第二板之间的流体样品，并且
其中所述压力作用在所述被夹样品的区域的周边区域上，这样减少所述样品流出所述区域。
5.一种装置，包含：
第一板，所述第一板包含聚合物或玻璃材料并且具有小于或等于100μm的厚度；
第二板，所述第二板包含聚合物或玻璃材料并且具有小于或等于100μm的厚度；以及
加热/冷却层，所述加热/冷却层被设置在所述第一板或所述第二板上，所述加热/冷却层具有的热导率介于6×10-5W/K乘以所述加热/冷却层的厚度和1.5×10-4W/K乘以所述加热/冷却层的厚度之间，
其中所述加热/冷却层为15μm或更薄并且具有的表面热辐射能力是黑体的表面热辐射能力的至少50％，
其中所述第一板和所述第二板可移动成不同构造，并且
其中所述第一板和所述第二板以平行布置的方式彼此面对，并且彼此隔开150μm或更小的距离，并且其中所述第一板和所述第二板被配置为接收夹在所述第一板与所述第二板之间的流体样品。
6.一种装置，包含：
第一板；
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中所述第二板以平行布置的方式与所述第一板隔开小于或等于所述第二板的厚度的距离；以及
设置在所述第一板或所述第二板上的加热/冷却层，
其中所述加热/冷却层被配置为接收电磁辐射，使得夹在所述第一板与所述第二板之间的液体样品的至少一部分以至少30℃/sec的速率被加热。
7.一种装置，包含：
第一板；
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中所述第二板以平行布置的方式与所述第一板隔开小于或等于所述第二板的厚度的距离；以及
设置在所述第一板或所述第二板上的加热/冷却层，
其中当所述加热/冷却层没有接收到由光源产生的电磁辐射时，夹在所述第一板和所述第二板之间的液体样品的至少一部分以至少30℃/sec的速率被冷却。
8.一种装置，包含：
第一板；
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中所述第二板的内表面以平行布置的方式与所述第一板的内表面隔开小于或等于所述第二板的厚度的距离；
设置在所述第二板的内表面或外表面上的加热/冷却层；以及
在所述第一板的所述内表面上干燥的试剂层。
9.一种系统，包含：
一种装置，所述装置包含：
第一板，所述第一板包含聚合物材料并且具有小于或等于100μm的厚度，
第二板，所述第二板包含聚合物材料并且具有小于或等于100μm的厚度，其中所述第二板以平行布置的方式与所述第一板隔开小于或等于所述第二板的厚度的距离，
加热/冷却层，所述加热/冷却层设置在所述第一板或所述第二板上，所述加热/冷却层具有厚度和热导率，其热导率介于6×10-5W/K乘以所述加热/冷却层的厚度和1.5×10-4W/K乘以所述加热/冷却层的厚度之间，以及
支撑框架，所述支撑框架被配置为支撑至少一个所述第一板和所述第二板；
壳体，所述壳体具有被配置为承载所述装置的第一开口以及至少一个其他开口；
光源，所述光源被配置为向所述加热/冷却层发射电磁辐射，
其中所述加热/冷却层被配置为吸收所述电磁辐射的至少一部分，使得夹在所述第一板与所述第二板之间的液体样品的至少一部分以至少30℃/sec的速率被加热，并且
其中当所述加热/冷却层没有接收到由所述光源产生的电磁辐射时，夹在所述第一板与所述第二板之间的所述液体样品的至少一部分以至少30℃/sec的速率被冷却，并且
其中所述系统消耗小于500mW的功率。
10.一种系统，包含：
一种装置，所述装置包含：
第一板，
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中所述第二板以平行布置的方式与所述第一板隔开小于或等于所述第二板的厚度的距离，
加热/冷却层，所述加热/冷却层设置在所述第一板或所述第二板上，以及
支撑框架，所述支撑框架被配置为支撑至少一个所述第一板和所述第二板；以及
光源，所述光源被配置为向所述加热/冷却层发射电磁辐射，
其中当所述加热/冷却层没有接收到由所述光源产生的电磁辐射时，夹在所述第一板和所述第二板之间的液体样品的至少一部分以至少30℃/sec的速率被冷却。
11.一种系统，包含：
一种装置，所述装置包含：
第一板，
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中所述第二板以平行布置的方式与所述第一板隔开小于或等于所述第二板的厚度的距离，
设置在所述第一板或所述第二板上的加热/冷却层；以及
光源，所述光源被配置为向所述加热/冷却层发射电磁辐射，其中所述系统消耗小于500mW的功率。
12.一种系统，包含：
一种装置，所述装置包含：
第一板，
具有小于或等于100μm的厚度的第二板，其中所述第二板以平行布置的方式与所述第一板隔开小于或等于所述第二板的厚度的距离，
加热/冷却层，所述加热/冷却层设置在所述第一板或所述第二板上，以及
支撑框架，所述支撑框架被配置为支撑至少一个所述第一板和所述第二板；
壳体，所述壳体具有被配置为接收所述装置的第一开口以及至少一个其他开口；以及
光源，所述光源被配置为发射电磁辐射穿过所述壳体的所述至少一个其他开口并且向所述加热/冷却层发射电磁辐射，
其中当所述加热/冷却层没有接收到由所述光源产生的电磁辐射时，夹在所述第一板和所述第二板之间的液体样品以至少30℃/sec的速率被冷却。
13.一种使用装置的方法，包含：
将第二板放置在第一板上，使得流体样品以由位于至少一个所述第一板和所述第二板上的一个或多个间隔件确定的厚度夹在所述第一板和所述第二板之间；
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射；以及
使用至少所述加热层，以至少30℃/sec的速率加热所述流体样品的至少一部分。
14.一种使用装置的方法，包含：
将第二板放置在所述第一板上，使流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其厚度由位于至少一个所述第一板和所述第二板上的一个或多个间隔件确定；
在给定时间段内激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在所述给定时间段之后停用所述热源，其中所述流体样品的至少一部分在所述停用之后以至少30℃/sec的速率冷却。
15.一种使用装置的方法，包含：
将第二板放置在所述第一板上，使流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其厚度由位于至少一个所述第一板和所述第二板上的一个或多个间隔件确定；
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中所述热源消耗小于500mW的功率；以及
使用至少所述加热层加热所述流体样品的至少一部分。
16.一种扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于所述第二板的内表面上；
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少所述加热层，以至少30℃/sec的速率加热所述流体样品的至少一部分；以及
在夹在所述第一板和所述第二板之间的所述流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
17.一种扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于所述第二板的内表面上；
通过进行一个或多个PCR循环扩增样品中的核酸，其中每个PCR循环包含变性步骤、退火步骤和延伸步骤；
其中所述变性步骤、所述退火步骤和/或所述延伸步骤中的一个或多个包含：
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射；以及
使用至少所述加热层，以至少30℃/sec的速率加热所述流体样品的至少一部分。
18.一种扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于所述第二板的内表面上；
在给定时间段内激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在所述给定时间段之后停用所述热源，其中邻近所述加热/冷却层的流体样品的至少一部分在所述停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
在夹在所述第一板和所述第二板之间的所述流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
19.一种扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于所述第二板的内表面上；
通过进行一个或多个PCR循环扩增样品中的核酸，其中每个PCR循环包含变性步骤、退火步骤和延伸步骤；
其中所述变性步骤、所述退火步骤和/或所述延伸步骤中的一个或多个包含：
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射；以及
在所述给定时间段之后停用所述热源，其中邻近所述加热/冷却层的流体样品的至少一部分在所述停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
在夹在所述第一板和所述第二板之间的所述流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
20.一种扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品以由位于至少一个所述第一板和所述第二板上的一个或多个间隔件确定的厚度夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于所述第二板的内表面上；
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中所述热源消耗小于500mW的功率；
使用至少所述加热层加热所述流体样品的至少一部分；以及
在夹在所述第一板和所述第二板之间的所述流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
21.一种扩增核酸的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品以由位于至少一个所述第一板和所述第二板上的一个或多个间隔件确定的厚度夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于所述第二板的内表面上；
通过进行一个或多个PCR循环扩增样品中的核酸，其中每个PCR循环包含变性步骤、退火步骤和延伸步骤；
其中所述变性步骤、所述退火步骤和/或所述延伸步骤中的一个或多个包含：
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中所述热源消耗小于500mW的功率；
使用至少所述加热层加热所述流体样品的至少一部分；以及
在夹在所述第一板和所述第二板之间的所述流体样品的至少一部分中积累核酸扩增产物。
22.一种用于检测样品中目标核酸序列的有无的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于所述第二板的内表面上，并且其中所述试剂包含能够与目标核酸杂交的引物；
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少所述加热层，以至少30℃/sec的速率加热所述流体样品的至少一部分；以及
检测所述流体样品是否含有所述目标核酸序列的扩增产物。
23.一种用于检测样品中目标核酸序列的有无的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于所述第二板的内表面上，并且其中所述试剂包含能够与所述目标核酸杂交的引物；
在给定时间段内激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在所述给定时间段之后停用所述热源，其中邻近所述加热/冷却层的所述流体样品的至少一部分在所述停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
检测所述流体样品是否含有所述目标核酸序列的扩增产物。
24.一种用于检测样品中目标核酸序列的有无的方法，包含：
将含有核酸的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于核酸扩增的试剂存在于所述第二板的内表面上，并且其中所述试剂包含能够与所述目标核酸杂交的引物；
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中所述热源消耗小于500mW的功率；
使用至少所述加热层加热所述流体样品的至少一部分；以及
检测所述流体样品是否含有所述目标核酸序列的扩增产物。
25.一种用于检测样品中分析物的有无的方法，包含：
将流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于检测所述分析物的试剂存在于所述第二板的内表面上；
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少所述加热层，以至少30℃/sec的速率加热所述流体样品的至少一部分；以及
检测所述流体样品是否含有所述分析物。
26.一种用于检测样品中分析物的有无的方法，包含：
将包含的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于检测所述分析物的试剂存在于所述第二板的内表面上；
在给定时间段内激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在所述给定时间段之后停用所述热源，其中邻近所述加热/冷却层的所述流体样品的至少一部分在所述停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
检测所述流体样品是否含有所述分析物。
27.一种用于检测样品中分析物的有无的方法，包含：
将流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于检测所述分析物的试剂存在于所述第二板的内表面上；
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中所述热源消耗小于500mW的功率；
使用至少所述加热层加热所述流体样品的至少一部分；以及
检测所述流体样品是否含有所述分析物。
28.一种用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自所述受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于所述第二板的内表面上；
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少所述加热层，以至少30℃/sec的速率加热所述流体样品的至少一部分；以及
检测所述流体样品是否含有所述分析物；
其中所述分析物的有无指示所述受试者是否患有病症。
29.一种用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自所述受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于检测所述分析物的试剂存在于所述第二板的内表面上；
在给定时间段内激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在所述给定时间段之后停用所述热源，其中邻近所述加热/冷却层的所述流体样品的至少一部分在所述停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；以及
检测所述流体样品是否含有所述分析物；
其中所述分析物的有无指示所述受试者是否患有病症。
30.一种用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自所述受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于所述第二板的内表面上；
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中所述热源消耗小于500mW的功率；
使用至少所述加热层加热所述流体样品的至少一部分；以及
检测所述流体样品是否含有所述分析物；
其中所述分析物的有无指示所述受试者是否患有病症。
31.一种用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自所述受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于所述第二板的内表面上；
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射；
使用至少所述加热层，以至少30℃/sec的速率加热所述流体样品的至少一部分；
量化所述流体样品中所述分析物的量；以及
将所述量与所述分析物的对照或参考量进行比较；
其中与所述对照或参考量相比，所述样品中所述分析物的量变多或减少指示所述受试者患有病症。
32.一种用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自所述受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于所述第二板的内表面上；
在给定时间段内激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热/冷却层辐射电磁辐射；
在所述给定时间段之后停用所述热源，其中邻近所述加热/冷却层的所述流体样品的至少一部分在所述停用之后以至少30℃/sec的速率冷却；
量化所述流体样品中所述分析物的量；以及
将所述量与所述分析物的对照或参考量进行比较；
其中与所述对照或参考量相比，所述样品中所述分析物的量变多或减少指示所述受试者患有病症。
33.一种用于诊断受试者的病症的方法，包含：
将来自所述受试者的流体样品沉积在流体装置的第一板上；
将第二板放置在所述第一板上，使得所述流体样品夹在所述第一板和所述第二板之间，其中用于检测分析物的试剂存在于所述第二板的内表面上；
激活热源，所述热源被配置为向位于所述第一板或所述第二板上的加热层辐射电磁辐射，其中所述热源消耗小于500mW的功率；
使用至少所述加热层加热所述流体样品的至少一部分；以及
量化所述流体样品中所述分析物的量；以及
将所述量与所述分析物的对照或参考量进行比较；
其中与所述对照或参考量相比，所述样品中所述分析物的量变多或减少指示所述受试者患有病症。
34.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
35.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
36.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述第一板可相对于所述第二板移动。
37.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
38.根据前述任一权利要求所述的装置，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
39.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含设置在所述第一板与所述第二板之间的多个球形间隔件。
40.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含具有约10μm高度的多个间隔件，其中所述多个间隔件设置在所述第一板与所述第二板之间。
41.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述第一板与所述第二板之间的距离小于或等于100μm。
42.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含铰链，所述铰链被配置为将所述第一板与所述第二板相连接，并且被联接至所述第一板或所述第二板的边缘。
43.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
44.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
45.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述第一板可相对于所述第二板移动。
46.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
47.根据前述任一权利要求所述的装置，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
48.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含设置在所述第一板与所述第二板之间的多个球形间隔件。
49.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含具有约10μm高度的多个间隔件，其中所述多个间隔件设置在所述第一板与所述第二板之间。
50.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述液体样品的至少一部分包含沿着所述电磁辐射的路径的一定体积的样品。
51.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含铰链，所述铰链被配置为将所述第一板与所述第二板相连接，并且被联接至所述第一板或所述第二板的边缘。
52.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
53.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
54.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述第一板可相对于所述第二板移动。
55.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
56.根据前述任一权利要求所述的装置，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
57.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含设置在所述第一板与所述第二板之间的多个球形间隔件。
58.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含具有约10μm高度的多个间隔件，其中所述多个间隔件设置在所述第一板与所述第二板之间。
59.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述液体样品的至少一部分包含邻近所述加热/冷却层的一定体积的样品。
60.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含铰链，所述铰链被配置为将所述第一板与所述第二板相连接，并且被联接至所述第一板或所述第二板的边缘。
61.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
62.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
63.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述第一板可相对于所述第二板移动。
64.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
65.根据前述任一权利要求所述的装置，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
66.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含设置在所述第一板与所述第二板之间的多个球形间隔件。
67.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含具有约10μm高度的多个间隔件，其中所述多个间隔件设置在所述第一板与所述第二板之间。
68.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述干燥试剂层包含用于核酸扩增的试剂。
69.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含铰链，所述铰链被配置为将所述第一板与所述第二板相连接，并且被联接至所述第一板或所述第二板的边缘。
70.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述装置还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
71.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
72.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述第一板可相对于所述第二板移动。
73.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
74.根据前述任一权利要求所述的系统，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
75.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述光源包含发光二极管(LED)。
76.根据前述任一权利要求所述的系统，还包含光导管，所述光导管被配置为将所述电磁辐射从所述光源发射至所述加热/冷却层。
77.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述外壳的至少一个其他开口被配置为当所述装置经由所述第一开口放置在所述外壳内时在夹在所述第一板与所述第二板之间的所述液体样品的至少一部分上对准。
78.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述支撑框架被配置为沿着所述第一板或所述第二板的周边支撑至少所述第一板或所述第二板。
79.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述装置还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
80.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
81.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述第一板可相对于所述第二板移动。
82.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
83.根据前述任一权利要求所述的系统，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
84.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述光源包含发光二极管(LED)。
85.根据前述任一权利要求所述的系统，其中，所述LED包含蓝色LED。
86.根据前述任一权利要求所述的系统，还包含光导管，所述光导管被配置为将所述电磁辐射从所述光源发射至所述加热/冷却层。
87.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述支撑框架被配置为沿着所述第一板或所述第二板的周边支撑至少所述第一板或所述第二板。
88.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述装置还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
89.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
90.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述第一板可相对于所述第二板移动。
91.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
92.根据前述任一权利要求所述的系统，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
93.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述光源包含发光二极管(LED)。
94.根据前述任一权利要求所述的系统，其中，所述LED包含蓝色LED。
95.根据前述任一权利要求所述的系统，还包含光导管，所述光导管被配置为将所述电磁辐射从所述光源发射至所述加热/冷却层。
96.根据前述任一权利要求所述的系统，还包含支撑框架，所述支撑框架被配置为沿着所述第一板或所述第二板的周边支撑至少所述第一板或所述第二板。
97.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述装置还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
98.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
99.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述第一板可相对于所述第二板移动。
100.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
101.根据前述任一权利要求所述的系统，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
102.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述光源包含发光二极管(LED)。
103.根据前述任一权利要求所述的系统，其中，所述LED包含蓝色LED。
104.根据前述任一权利要求所述的系统，还包含光导管，所述光导管被配置为将所述电磁辐射从所述光源引导至所述加热/冷却层。
105.根据前述任一权利要求所述的系统，其中所述支撑框架被配置为沿着所述第一板或所述第二板的周边支撑至少所述第一板或所述第二板。
106.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一板或所述第二板还包含设置在所述加热层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
107.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
108.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含使用连接在所述第一板与所述第二板之间的铰链在所述第一板上闭合所述第二板。
109.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述加热层的厚度小于或等于3μm。
110.根据前述任一权利要求所述的方法，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
111.根据前述任一权利要求所述的方法，其中激活热源包含激活LED以向所述加热层辐射光。
112.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含基于所述流体样品的所述一部分的测量或估计温度来控制所述LED的输出。
113.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含在所述电磁辐射到达所述加热层之前使用光束扩展器来扩展所述电磁辐射。
114.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含将所述第一板或所述第二板的周边支撑在支撑框架上。
115.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一板或所述第二板还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
116.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
117.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含使用连接在所述第一板与所述第二板之间的铰链在所述第一板上闭合所述第二板。
118.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
119.根据前述任一权利要求所述的方法，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
120.根据前述任一权利要求所述的方法，其中激活热源包含激活LED以向所述加热/冷却层辐射光。
121.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含基于所述流体样品的所述一部分的测量或估计温度来控制所述LED的输出。
122.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含在所述电磁辐射到达所述加热层之前使用光束扩展器来扩展所述电磁辐射。
123.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含将所述第一板或所述第二板的周边支撑在支撑框架上。
124.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一板或所述第二板还包含设置在所述加热层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
125.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
126.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含使用连接在所述第一板与所述第二板之间的铰链在所述第一板上闭合所述第二板。
127.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述加热层的厚度小于或等于3μm。
128.根据前述任一权利要求所述的方法，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
129.根据前述任一权利要求所述的方法，其中激活热源包含激活LED以向所述加热层辐射光。
130.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含基于所述流体样品的所述一部分的测量或估计温度来控制所述LED的输出。
131.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含在所述电磁辐射到达所述加热层之前使用光束扩展器来扩展所述电磁辐射。
132.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含将所述第一板或所述第二板的周边支撑在支撑框架上。
133.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一板或所述第二板还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
134.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
135.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含使用连接在所述第一板与所述第二板之间的铰链在所述第一板上闭合所述第二板。
136.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
137.根据前述任一权利要求所述的方法，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
138.根据前述任一权利要求所述的方法，其中激活热源包含激活LED以向所述加热/冷却层辐射光。
139.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含基于所述流体样品的所述一部分的测量或估计温度来控制所述LED的输出。
140.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含在所述电磁辐射到达所述加热层之前使用光束扩展器来扩展所述电磁辐射。
141.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含将所述第一板或所述第二板的周边支撑在支撑框架上。
142.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一板或所述第二板还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
143.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
144.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含使用连接在所述第一板与所述第二板之间的铰链在所述第一板上闭合所述第二板。
145.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
146.根据前述任一权利要求所述的方法，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
147.根据前述任一权利要求所述的方法，其中激活热源包含激活LED以向所述加热/冷却层辐射光。
148.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含基于所述流体样品的所述一部分的测量或估计温度来控制所述LED的输出。
149.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含在所述电磁辐射到达所述加热层之前使用光束扩展器来扩展所述电磁辐射。
150.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含将所述第一板或所述第二板的周边支撑在支撑框架上。
151.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一板或所述第二板还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
152.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
153.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含使用连接在所述第一板与所述第二板之间的铰链在所述第一板上闭合所述第二板。
154.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
155.根据前述任一权利要求所述的方法，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
156.根据前述任一权利要求所述的方法，其中激活热源包含激活LED以向所述加热/冷却层辐射光。
157.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含基于所述流体样品的所述一部分的测量或估计温度来控制所述LED的输出。
158.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含在所述电磁辐射到达所述加热层之前使用光束扩展器来扩展所述电磁辐射。
159.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含将所述第一板或所述第二板的周边支撑在支撑框架上。
160.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一板或所述第二板还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
161.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
162.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含使用连接在所述第一板与所述第二板之间的铰链在所述第一板上闭合所述第二板。
163.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
164.根据前述任一权利要求所述的方法，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
165.根据前述任一权利要求所述的方法，其中激活热源包含激活LED以向所述加热/冷却层辐射光。
166.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含基于所述流体样品的所述一部分的测量或估计温度来控制所述LED的输出。
167.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含在所述电磁辐射到达所述加热层之前使用光束扩展器来扩展所述电磁辐射。
168.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含将所述第一板或所述第二板的周边支撑在支撑框架上。
169.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一板或所述第二板还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
170.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
171.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含使用连接在所述第一板与所述第二板之间的铰链在所述第一板上闭合所述第二板。
172.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
173.根据前述任一权利要求所述的方法，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
174.根据前述任一权利要求所述的方法，其中激活热源包含激活LED以向所述加热/冷却层辐射光。
175.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含基于所述流体样品的所述一部分的测量或估计温度来控制所述LED的输出。
176.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含在所述电磁辐射到达所述加热层之前使用光束扩展器来扩展所述电磁辐射。
177.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含将所述第一板或所述第二板的周边支撑在支撑框架上。
178.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一板或所述第二板还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
179.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
180.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含使用连接在所述第一板与所述第二板之间的铰链在所述第一板上闭合所述第二板。
181.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
182.根据前述任一权利要求所述的方法，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
183.根据前述任一权利要求所述的方法，其中激活热源包含激活LED以向所述加热/冷却层辐射光。
184.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含基于所述流体样品的所述一部分的测量或估计温度来控制所述LED的输出。
185.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含在所述电磁辐射到达所述加热层之前使用光束扩展器来扩展所述电磁辐射。
186.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含将所述第一板或所述第二板的周边支撑在支撑框架上。
187.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一板或所述第二板还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
188.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
189.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含使用连接在所述第一板与所述第二板之间的铰链在所述第一板上闭合所述第二板。
190.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
191.根据前述任一权利要求所述的方法，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
192.根据前述任一权利要求所述的方法，其中激活热源包含激活LED以向所述加热/冷却层辐射光。
193.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含基于所述流体样品的所述一部分的测量或估计温度来控制所述LED的输出。
194.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含在所述电磁辐射到达所述加热层之前使用光束扩展器来扩展所述电磁辐射。
195.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含将所述第一板或所述第二板的周边支撑在支撑框架上。
196.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一板或所述第二板还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
197.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
198.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含使用连接在所述第一板与所述第二板之间的铰链在所述第一板上闭合所述第二板。
199.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
200.根据前述任一权利要求所述的方法，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
201.根据前述任一权利要求所述的方法，其中激活热源包含激活LED以向所述加热/冷却层辐射光。
202.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含基于所述流体样品的所述一部分的测量或估计温度来控制所述LED的输出。
203.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含在所述电磁辐射到达所述加热层之前使用光束扩展器来扩展所述电磁辐射。
204.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含将所述第一板或所述第二板的周边支撑在支撑框架上。
205.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一板或所述第二板还包含设置在所述加热/冷却层上的光吸收层，其中所述光吸收层具有至少30％的平均光吸收率。
206.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述光吸收层包含黑色涂料。
207.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含使用连接在所述第一板与所述第二板之间的铰链在所述第一板上闭合所述第二板。
208.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述加热/冷却层的厚度小于或等于3μm。
209.根据前述任一权利要求所述的方法，其中至少一个所述第一板和所述第二板的整个主表面面积为约400mm2。
210.根据前述任一权利要求所述的方法，其中激活热源包含激活LED以向所述加热/冷却层辐射光。
211.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含基于所述流体样品的所述一部分的测量或估计温度来控制所述LED的输出。
212.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含在所述电磁辐射到达所述加热层之前使用光束扩展器来扩展所述电磁辐射。
213.根据前述任一权利要求所述的方法，还包含将所述第一板或所述第二板的周边支撑在支撑框架上。
214.一种试剂盒，包含：
(i)根据前述任一权利要求中的装置；以及
(ii)预混合聚合酶链式反应介质。
215.根据前述任一权利要求所述的试剂盒，其中所述预混合聚合酶链式反应介质包含：DNA模板、两种引物、DNA聚合酶、脱氧核苷三磷酸(dNTPs)、二价阳离子、单价阳离子和缓冲溶液。
216.一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，包括开放构造和闭合构造；
ii.每一个所述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，其中至少一个所述间隔件在所述样品接触区域内；并且
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；
其中在所述样品在所述开放构造中沉积之后配置的闭合构造中，所述样品的至少一部分被所述两个板挤压成厚度基本上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将所述样品的至少一部分限定在非常均匀厚度为0.1-200μm并且相对于所述板基本上停滞的层中；
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。
217.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。
218.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含夹具，所述夹具挤压所述第一板和所述第二板以将所述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/cm2或更高。
219.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上或附近，具有60％或更高的吸收系数，且具有小于2mm的厚度。
220.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。
221.根据前述任一权利要求所述的装置，其中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样品的所述均匀厚度。
222.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。
223.根据前述任一权利要求所述的装置，还包含在所述厚度均匀的样品的至少一部分附近的辐射吸收层，其中所述装置具有一个厚度为100μm或更小的板。
224.根据前述任一权利要求所述的装置，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，其中插在所述板上的所述夹具的压强是0.01kg/cm2或更高。
225.根据前述任一权利要求所述的装置，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，其中插在所述板上的所述夹具的压强是0.01kg/cm2或更高。
226.一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所述的装置，
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明显吸收的电磁波；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。
227.一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所述的装置或系统；
ii.将流体样品沉积在所述装置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挤压成厚度小于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。
228.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。
229.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。
230.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中在闭合构造中，所述夹具被配置为密封所有QMAX卡。
231.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中在闭合构造中，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。
232.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中在闭合构造中，所述夹具仅与所述板的外围表面区域具有热传导接触。
233.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中在闭合构造中，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。
234.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。
235.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，其中所述透明度指高于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。
236.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，或者在这些值中的任何两者之间的范围内。
237.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。
238.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至20kg/cm2。
239.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至40kg/cm2。
240.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，其中插在所述板上的所述夹具的压强为0.01kg/cm2或更高。
241.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。
242.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。
243.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。
244.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。
245.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。
246.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。
247.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。
248.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。
249.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。
250.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。
251.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中至少一个所述板不阻挡所述辐射吸收层吸收的辐射。
252.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中一个或两个所述板热导率低。
253.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的一个或多个间隔件调节。
254.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。
255.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根据预定程序促进PCR测定来改变所述样品的温度。
256.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/或法医鉴定。
257.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。
258.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。
259.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。
260.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。
261.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。
262.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。
263.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。
264.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。
265.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。
266.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。
267.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用非精确压力按压所述板。
268.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。
269.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％。
270.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。
271.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。
272.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。
273.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。
274.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中一个所述板为50μm或更小。
275.一种用于快速改变薄流体样品层的温度的装置，包含：
第一板、第二板以及间隔件，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，包括开放构造和闭合构造；
ii.每一个所述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，其中，所述流体样品的至少一部分的温度需要快速改变；
iii.所述板具有用于快速改变所述样品的温度的构造；
iv.所述间隔件具有等于或小于200微米的基本均匀的预定高度；
v.至少一个所述间隔件位于所述样品接触区域内；
其中在开放构造中，所述两个板是部分或完全隔开的，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配置的闭合构造中，所述两个板基本是平行的，所述样品的至少一部分被所述两个板挤压成厚度基本上均匀并且相对于所述板基本是停滞的层，其中，所述层的均匀厚度由所述两个板的样品接触区域限定并且由所述板和所述间隔件调节，并且其中，所述板被配置为以至少10℃/sec的速率改变所述样品的温度。
276.根据权利要求1所述的装置，还包含：位于厚度均匀的所述样品的至少一部分的附近的辐射吸收层，而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。
277.一种用于快速改变薄流体样品层的温度的系统，包含：
iv.根据前述任一权利要求中的装置，
v.辐射源，其中所述辐射源被配置为辐射由所述辐射吸收层明显吸收的电磁波；以及
vi.控制器被配置为控制所述辐射源并且快速改变所述样品的温度。
278.一种用于快速改变薄流体样品层的温度的方法，包含：
v.提供根据前述任一权利要求中的装置或系统；
vi.将流体样品沉积在一个或两个所述板上；
vii.将所述板按压成闭合构造；以及
viii.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。
279.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。
280.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。
281.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。
282.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。
283.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。
284.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其组合。
285.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。
286.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量的形式辐射能量。
287.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。
288.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。
289.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中至少一个所述板不阻挡所述辐射吸收层吸收的辐射。
290.根据前述任一权利要求所述的装置、系统或方法，其中一个或两个所述板热导率低。
291.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的一个或多个间隔件调节。
292.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。
293.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根据预定程序促进PCR测定来改变所述样品的温度。
294.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/或法医鉴定。
295.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。
296.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。
297.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。
298.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。
299.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。
300.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。
301.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。
302.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。
303.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。
304.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。
305.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用非精确压力按压所述板。
306.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。
307.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％。
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