TW201723168A - 用於進行化學反應的設備和方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供了用於進行核酸擴增的裝置、系統和方法。所述裝置、系統和方法適合於便攜性、快速操作、低功耗、集成式操作和遠端監視。

Description

用於進行化學反應的設備和方法 交叉引用
本申請要求於2015年12月31日提交的PCT申請序號PCT/CN2015/100138的優先權，其通過引用而全文併入於此。
聚合酶鏈反應(PCR)是分子生物學中廣泛使用的技術，用於核酸分子的擴增。PCR依賴於熱迴圈，對反應混合物的重複加熱和冷卻的迴圈。這些迴圈允許對核酸進行熔解和酶複製。
在適當的試劑反應系統中，聚合酶可以快速進行鏈式反應。實際上，在聚合酶鏈反應(PCR)中核酸分子的擴增的每次迴圈可以在一至兩秒內或者甚至少於一秒內發生。因此，在許多情況下，PCR擴增的速度受限於儀器(例如，熱迴圈儀)的性能而不是生物反應本身。
本文中意識到對用於熱迴圈以進行諸如PCR等反應的改進系統和方法的需要。減少用於在必要的溫度設定點之間加熱和冷卻樣品體積(sample volume)的時間可以減少進行反應迴圈所需的時間並因此減少 了多個迴圈的整體反應時間。
本公開內容的一方面提供了一種對包含於樣品保持器中的樣品進行化學反應的方法，所述反應需要在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，所述方法包括：(a)放置所述樣品保持器與第一過沖熱區域熱接觸以實現第一目標溫度水準；(b)放置所述樣品保持器與第二過沖熱區域熱接觸以實現第二目標溫度水準；以及在一些情況下重複步驟(a)和步驟(b)；其中所述第一過沖熱區域處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，而所述第二過沖熱區域處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下。
在本文提供的各方面的一些實施方式中，借助於能夠放置所述第一過沖熱區域與所述樣品保持器熱接觸的第一旋轉臂來執行上文提到的步驟(a)，並且/或者其中借助於能夠放置所述第二過沖熱區域與所述樣品保持器熱接觸的第二旋轉臂來執行步驟(b)。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域安裝在所述第一旋轉臂上，並且其中所述第二過沖熱區域安裝在所述第二旋轉臂上。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述方法還包括：在步驟(a)與步驟(b)之間的步驟-放置所述樣品保持器與處於所述第一目標溫度水準下的第一目標熱區域熱接觸；以及/或者在步驟(b)之後，放置所述樣品保持器與處於所述第二目標溫度水準下的第二目標熱區域熱接觸。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述方法還包括：(c)在步驟(a) 與步驟(b)之間，放置所述樣品保持器與處於所述第一目標溫度水準下的第一目標熱區域熱接觸；以及(d)在步驟(b)之後，放置所述樣品保持器與處於所述第二目標溫度水準下的第二目標熱區域熱接觸。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域處於約110℃至約140℃的溫度下。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域處於至少約120℃或130℃的溫度下。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第二過沖熱區域處於約0℃至約30℃的溫度下。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第二過沖熱區域處於小於或等於約8℃的溫度下。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一目標溫度水準為約87℃至約95℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第二目標溫度水準為約40℃至約70℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第二目標溫度水準為約50℃至約55℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域為約110℃至140℃，所述第一目標溫度區域為約87℃至約95℃，所述第二目標溫度區域為約40℃至約70℃，並且所述第二過沖熱區域為約0℃至約30℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，步驟(a)到步驟(d)的一個迴圈在少於或等於約2秒內完成。在本文提供的各方面的一些實施方式中，步驟(a)到步驟(d)重複至少5次。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域由12伏電源供能。在本文提供的各方面的一些實施方式中，在 將所述樣品收集於所述樣品保持器中之前，所述樣品保持器預載有擴增試劑。
在本文提供的各方面的一些實施方式中，使用第一平移單元和第二平移單元來放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域熱連通。所述第一平移單元可以使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿第一平面的移動，而所述第二平移單元可以使所述樣品保持器經受沿相對於所述第一平面成角度的第二平面的移動。在一些實施方式中，操作(a)包括當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，使用所述第一平移單元以沿著所述第一平面移動所述第一過沖熱區域至第一位置並且移動所述第二過沖熱區域至第二位置，並隨後使用所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，使得所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通。在一些實施方式中，操作(b)包括當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，使用所述第一平移單元以移動所述第二過沖熱區域至所述第一位置並且移動所述第一過沖熱區域至第三位置，並隨後使用所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，使得所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通。所述第三位置可以不同於所述第二位置。備選地，所述第三位置可以與所述第二位置相同。在一些實施方式中，所述第一平移單元使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿所述第一平面的同時移動。沿所述第二平面的移動可以朝向或遠離所述第一平面。 所述第二平面可以相對於所述第一平面成約45°至90°的角度。
在本文提供的各方面的一些實施方式中，借助於能夠放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱接觸的擺臂來執行上文提到的步驟(a)，並且/或者其中借助於能夠放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱接觸的所述擺臂來執行步驟(b)。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述樣品保持器安裝在所述擺臂上。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述方法還包括：在步驟(a)與步驟(b)之間的步驟-在使所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱接觸和脫離熱接觸之間交替切換，使得所述樣品保持器維持在所述第一目標溫度水準下；以及/或者在步驟(b)之後，放置所述樣品保持器再次與所述第一過沖熱區域熱接觸並且在使所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱接觸和脫離熱接觸之間交替切換，使得所述樣品保持器維持在所述第二目標溫度水準下。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述方法還包括：(c)在步驟(a)與步驟(b)之間，在放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱接觸和脫離熱接觸之間交替切換，使得所述樣品保持器維持在所述第一目標溫度水準下；以及(d)在步驟(b)之後，放置所述樣品保持器再次與所述第一過沖熱區域熱接觸並且在使所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱接觸和脫離熱接觸之間交替切換，使得所述樣品保持器維持在所述第二目標溫度水準下。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域處於約110℃至約140℃ 的溫度下。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域處於至少約120℃或130℃的溫度下。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第二過沖熱區域處於約0℃至約30℃的溫度下。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第二過沖熱區域處於小於或等於約8℃的溫度下。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一目標溫度水準為約87℃至約95℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第二目標溫度水準為約40℃至約70℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第二目標溫度水準為約50℃至約55℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域為約110℃至140℃，所述第一目標溫度區域為約87℃至約95℃，所述第二目標溫度區域為約40℃至約70℃，並且所述第二過沖熱區域為約0℃至約30℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，步驟(a)到步驟(d)的一個迴圈在少於或等於約2秒內完成。在本文提供的各方面的一些實施方式中，步驟(a)到步驟(d)重複至少5次。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域由12伏電源供能。在本文提供的各方面的一些實施方式中，在將所述樣品收集於所述樣品保持器中之前，所述樣品保持器預載有擴增試劑。
本公開內容的一方面提供了一種對樣品進行化學反應的方法，所述反應需要在至少兩個溫度水準之間迴圈，所述方法包括：使所述樣品在約87℃至約95℃的第一目標溫度水準與約40℃至約70℃的第二目 標溫度水準之間熱迴圈；其中完成所述熱迴圈的一個迴圈的時間少於或等於約5秒；並且其中所述樣品具有至少約1微升的體積。
在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述化學反應是核酸擴增反應。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述化學反應是PCR反應。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一目標溫度水準為約50℃至約55℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述時間少於或等於約2秒。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述時間少於或等於約1秒。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述時間少於或等於約0.5秒。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述體積至少約為5微升。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述體積至少約為10微升。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述體積至少約為20微升。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述體積至少約為50微升。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述體積至少約為100微升。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述體積至少約為150微升。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述體積至少約為200微升。
本公開內容的一方面提供了一種用於對樣品進行化學反應的設備所述反應需要在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，所述設備包括：(a)第一過沖熱區域，其在工作中時維持在約110℃至約140℃；(b)第一目標熱區域，其在工作中時維持在約92℃至約95℃：(c)第二過沖熱 區域，其在工作中時維持在約0℃至約30℃；(d)第二目標熱區域，其在工作中時維持在約40℃至約70℃；(e)樣品保持器，其被配置用於保持一個或多個樣品；以及(f)一個或多個臂，其被程式設計用於放置所述樣品保持器與(a)到(d)的區域中的一個或多個區域按順序熱接觸。
在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述一個或多個臂包括目標熱區域或過沖熱區域。在本文提供的各方面的一些實施方式中，(a)所述第一過沖熱區域安裝在能夠放置所述第一過沖熱區域與所述樣品保持器熱接觸的第一旋轉臂上，(b)所述第一目標熱區域安裝在能夠放置所述第一目標熱區域與所述樣品保持器熱接觸的第二旋轉臂上，(c)所述第二過沖熱區域安裝在能夠放置所述第二過沖熱區域與所述樣品保持器熱接觸的第三旋轉臂上，並且(d)所述第二目標熱區域安裝在能夠放置所述第二目標熱區域與所述樣品保持器熱接觸的第四旋轉臂上。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域在工作中時維持在至少約120℃或130℃的溫度。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一目標熱區域在工作中時維持在大於或等於約95℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第二過沖熱區域在工作中時維持在小於或等於約8℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第二目標熱區域在工作中時維持在約50℃至約55℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述裝置還包括光學模組，該光學 模組包括光學檢測器。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域、所述第一目標熱區域、所述第二過沖熱區域和所述第二目標熱區域由12伏電源供能。
本公開內容的一方面提供了一種用於對樣品進行化學反應的設備，所述反應需要在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，所述設備包括：(a)第一過沖熱區域，其在工作中時維持在約110℃至約140℃；(b)第二過沖熱區域，其在工作中時維持在約0℃至約35℃；(c)樣品保持器，其被配置用於保持一個或多個樣品；以及(d)一個或多個擺臂，其被程式設計用於放置所述樣品保持器與(a)和(b)的所述區域按順序熱接觸。
在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述一個或多個擺臂包括所述樣品保持器。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述樣品保持器安裝在能夠放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域和/或第二過沖熱區域熱接觸的所述一個或多個擺臂上。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域和/或所述樣品保持器被配置成使得它們有可能在彼此熱接觸與彼此脫離熱接觸的狀態之間切換，從而使所述樣品保持器維持在第一目標溫度水準和/或第二目標溫度水準。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域包括第一加熱模組和第二加熱模組，所述第一加熱模組和第二加熱模組被配置成在斷開位置與閉合位置之間切換，其中在所述斷開位置，所述加熱模組都不 與所述樣品保持器熱接觸，而在所述閉合位置，所述第一加熱模組和所述第二加熱模組中的至少一個(以及優選地全部兩者都)與所述樣品保持器熱接觸。
在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域在工作中時維持在大於或等於約120℃或130℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一目標溫度水準維持在大於或等於約95℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第二過沖熱區域在工作中時維持在小於或等於約8℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第二目標溫度水準維持在約50℃至約55℃。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述設備還包括光學模組，該光學模組包括光學檢測器。在本文提供的各方面的一些實施方式中，所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域由12伏電源供能。在本文提供的各方面的一些實施方式中，可以在所述第一過沖熱區域與所述第二過沖熱區域之間提供熱絕緣材料，以便避免熱傳導。
本公開內容的另一方面提供了一種用於擴增從受試者獲得的生物樣品中存在的靶核酸的系統。該系統可以包括輸入模組，其接收來自使用者的、擴增所述生物樣品中的所述靶核酸的請求。該系統還可以包括擴增模組，該擴增模組回應於所述使用者請求而：(i)在由樣品保持器保持的反應器皿中接收反應混合物，該反應混合物包含所述生物樣品和進行核酸擴增所必需的試劑，所述試劑包含(i)DNA聚合酶和可選的 逆轉錄酶，以及(ii)針對所述靶核酸的引物組；以及(ii)使所述反應器皿中的所述反應混合物經受多個系列的引物延伸反應以生成指示所述靶核酸在所述生物樣品中的存在的一個或多個擴增產物。每個系列可以包括在針對下列各項的一個或多個迴圈的至少兩個目標溫度水準之間迴圈：(a)放置所述樣品保持器與第一過沖熱區域熱連通以實現第一目標溫度水準；以及(b)放置所述樣品保持器與第二過沖熱區域熱連通以實現第二目標溫度水準，其中所述第一過沖熱區域處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，而所述第二過沖熱區域處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下。該系統還可包括輸出模組，該輸出模組可操作地耦合至所述擴增模組。該輸出模組可以向接收者輸出與所述靶核酸或所述一個或多個擴增產物相關的資訊。
在一些實施方式中，所述系統還可以包括唯一標識出該系統的標識單元。所述標識單元能夠由所述使用者的電子設備檢測到，其中在使用期間，(i)所述標識單元由所述電子設備檢測到以標識所述系統，並且(ii)在標識出所述系統時，將所述請求從所述電子設備導向所述系統。所述標識單元可以是標識號或條碼。在一些實施方式中，所述標識單元是射頻識別(RFID)單元。
本公開內容的一方面提供了一種用於擴增從受試者獲得的生物樣品中的靶核酸的系統。該系統可以包括電子顯示幕，該電子顯示幕包括顯示圖形元素的使用者介面，所述圖形元素可由使用者訪問用以執行擴 增方案，以擴增該生物樣品中的靶核酸；以及一個或多個電腦處理器，該電腦處理器耦合至所述電子顯示幕並且單獨地或共同地被程式設計用於在由使用者選擇圖形元素時執行所述擴增方案。所述擴增方案可以包括使包含於由樣品保持器保持的反應器皿中的、包含所述生物樣品和進行核酸擴增所必需的試劑的反應混合物經受多個系列的引物延伸反應以生成指示所述靶核酸在所述生物樣品中的存在的一個或多個擴增產物。每個系列可以包括在針對下列各項的一個或多個迴圈的至少兩個目標溫度水準之間迴圈：(a)放置所述樣品保持器與第一過沖熱區域熱連通以實現第一目標溫度水準；以及(b)放置所述樣品保持器與第二過沖熱區域熱連通以實現第二目標溫度水準，其中所述第一過沖熱區域處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，並且其中所述第二過沖熱區域處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下。所述擴增方案還可以包括選擇針對靶核酸的引物組。所述試劑可以包含(i)去氧核糖核酸(DNA)聚合酶和可選的逆轉錄酶，以及(ii)針對所述靶核酸的引物組。所述使用者介面可以顯示多個圖形元素，其中所述圖形元素中的每一個與多個擴增方案之中的給定擴增方案相關聯。
所述圖形元素中的每一個可以與疾病或健康狀況相關聯，並且所述多個擴增方案中的給定擴增方案可以涉及測定所述疾病或健康狀況在受試者體內的存在。所述疾病或健康狀況可以與單核苷酸多態性(SNP)或病毒相關聯，所述病毒可以是RNA病毒和/或DNA病毒。在一些實 施方式中，所述病毒可以選自人類免疫缺陷病毒I(HIV I)、人類免疫缺陷病毒II(HIV II)、正粘病毒、埃博拉病毒、登革病毒、流感病毒、肝炎病毒、甲型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、丁型肝炎病毒、戊型肝炎病毒、庚型肝炎病毒、EB病毒、單核細胞增多症病毒、巨細胞病毒、SARS病毒、西尼羅河熱病毒、脊髓灰質炎病毒、麻疹病毒、單純皰疹病毒、天花病毒、腺病毒、甲型流感病毒、A型呼吸道合胞病毒(RSVA)、B型呼吸道合胞病毒(RSVB)、麻疹病毒、水痘病毒、H1N1病毒、H3N2病毒、H7N9病毒、H5N1病毒、腺病毒55型(ADV55)、腺病毒7型(ADV7)以及具甲RNA-丙型肝炎病毒(RNA-HCV)。
在一些實施方式中，所述疾病或健康狀況與致病性的細菌或致病性的原生動物相關聯。所述致病性的細菌可以是結核分枝桿菌。所述致病性的原生動物可以是瘧原蟲。
所述系統還可以包括唯一標識出該系統的標識單元。所述標識單元能夠由所述使用者的電子設備檢測到，其中在使用期間，(i)所述標識單元由所述電子設備檢測到以標識所述系統，並且(ii)在標識出所述系統時，將執行所述擴增的請求從所述電子設備導向所述系統。所述標識單元可以是標識號或條碼。在一些實施方式中，所述標識單元是射頻識別(RFID)單元。
本公開內容的另一方面提供了用於對樣品進行反應的設備。所述 設備可以包括在所述反應期間保持所述樣品的樣品保持器，其中所述反應包括在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，所述至少兩個目標溫度水準包括第一目標溫度水準和第二目標溫度水準。所述設備還可以包括第一過沖熱區域和第二過沖熱區域，其中所述第一過沖熱區域處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，而所述第二過沖熱區域處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下，或者反之亦然。所述設備還可以包括控制器，其被程式設計用於交替地或按順序地(i)放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通以實現所述第一目標溫度水準，以及(ii)放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通以實現所述第二目標溫度水準。
在一些實施方式中，所述設備還包括第一平移單元和第二平移單元。所述第一平移單元可以使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿第一平面的移動，並且所述第二平移單元可以使所述樣品保持器經受沿相對於所述第一平面成角度的第二平面的移動。所述控制器可以可操作地耦合至所述第一平移單元和所述第二平移單元，並且所述控制器可被程式設計用於使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿所述第一平面的移動，並且使所述樣品保持器經受沿所述第二平面的移動，以交替地或按順序地(i)放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通以實現所述第一目標溫度水準，以及(ii)放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通以實現所述第二目標溫度水準。 所述第一平移單元可以使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿所述第一平面的同時移動。沿所述第二平面的移動可以朝向或遠離所述第一平面。所述第二平面相對於所述第一平面成約45°至90°的角度。
在一些實施方式中，所述控制被程式設計用於：(1)當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，引導所述第一平移單元以沿著所述第一平面移動所述第一過沖熱區域至第一位置並且移動所述第二過沖熱區域至第二位置；(2)引導所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，從而放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通以實現所述第一目標溫度水準；(3)當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，引導所述第一平移單元以移動所述第二過沖熱區域至所述第一位置並且移動所述第一過沖熱區域至第三位置；以及(4)引導所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，從而放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通以實現所述第二目標溫度水準。所述第三位置可以不同於所述第二位置。作為備選，所述第三位置可以與所述第二位置相同。所述控制器可被程式設計用於在(2)與(3)之間引導所述第二平移單元以使所述樣品保持器遠離所述第一平面升高。所述第一平移單元和/或所述第二平移單元可以包括至少一個馬達或壓電致動器。所述第一平移單元和/或所述第二平移單元可以包括導軌。所述導軌可以是線性導軌。
所述第一過沖熱區域可以處於約110℃至約140℃的溫度下。在一些實施方式中，所述第一過沖熱區域處於至少約120℃或130℃的溫度下。在一些實施方式中，所述第一過沖熱區域是加熱單元。所述第二過沖熱區域可以處於約0℃至約30℃的溫度下。在一些實施方式中，所述第二過沖熱區域是冷卻單元。所述樣品保持器可以保持多個樣品。
當結合以下描述和附圖考慮時，將會進一步地理解和明白本發明的其他目的和優點。儘管以下描述可包含描述本發明的特定實施方式的指定細節，但不應將其解釋為對本發明範圍的限制，而是應當解釋為優選實施方式的範例。對於本發明的每個方面，如本文所建議的、本領域普通技術人員所知的許多更改都是有可能的。可以在本發明的範圍內作出多種改變和修改而不偏離其精神。
援引併入
本說明書中提及的所有出版物、專利和專利申請均通過引用併入本文，其程度如同具體地且單獨地指明每個單獨的出版物、專利或專利申請均通過引用而併入。
100‧‧‧熱迴圈器裝置
101‧‧‧第一熱過沖區域
102‧‧‧第二熱過沖區域
110‧‧‧樣品保持器
120‧‧‧檢測器
200‧‧‧PCR反應熱迴圈的示例性曲線圖
201‧‧‧第一溫度升高
202‧‧‧範本變性步驟
203‧‧‧第一溫度下降
204‧‧‧引物退火步驟
205‧‧‧第二溫度升高
206‧‧‧第三目標溫度水準
207‧‧‧溫度繼而升高
210‧‧‧第一迴圈的過程
220‧‧‧第二迴圈的過程
300‧‧‧熱迴圈儀
301‧‧‧第一過沖熱區域
302‧‧‧第二過沖熱區域
303‧‧‧第一目標熱區域
304‧‧‧第二目標熱區域
305‧‧‧第一旋轉臂
306‧‧‧掛鉤
310‧‧‧樣品保持器
311‧‧‧管孔
312‧‧‧反應器皿
320‧‧‧光學模組
321‧‧‧光學模組驅動馬達
330‧‧‧同步帶
331‧‧‧同步帶驅動馬達
901‧‧‧電腦系統
905‧‧‧中央處理單元；CPU；處理器；電腦處理器
910‧‧‧記憶體或存儲位置
915‧‧‧電子存儲單元
920‧‧‧通信介面
925‧‧‧週邊設備
930‧‧‧電腦網路(“網路”)
935‧‧‧電子顯示器
940‧‧‧使用者介面(UI)
1000‧‧‧示例性熱迴圈儀的外殼的立體視圖
1001‧‧‧開關按鈕
1002‧‧‧蓋
1003‧‧‧電源埠
1004‧‧‧USB連接器
1005‧‧‧控制台
1006‧‧‧基礎殼體
1011‧‧‧管孔
1013‧‧‧樣品架
1035‧‧‧電子顯示器
1100‧‧‧熱迴圈儀
1101‧‧‧第一加熱模組
1102‧‧‧第一冷卻模組
1103‧‧‧第二加熱模組
1104‧‧‧第二冷卻模組
1110‧‧‧樣品保持器
1111‧‧‧管孔
1112‧‧‧反應器皿
1113‧‧‧樣品架
1114‧‧‧擺臂
1115‧‧‧引擎
1120‧‧‧光學模組
1122‧‧‧光學模組保持器
1140‧‧‧馬達
1250‧‧‧蓋板
1342‧‧‧引導元件
1443‧‧‧第一主軸元件
1444‧‧‧第二主軸元件
1700‧‧‧控制台
1701‧‧‧開關按鈕
1735‧‧‧電子顯示器
1736‧‧‧圖形元素；圖示
1740‧‧‧使用者介面(UI)
1840‧‧‧使用者介面
1841‧‧‧圖形元素
1842‧‧‧元素
1940‧‧‧使用者介面
1943‧‧‧元素
1944‧‧‧圖形元素
2040‧‧‧使用者介面
2045‧‧‧元素
2046‧‧‧圖形元素
2140‧‧‧使用者介面
2147‧‧‧元素
2148‧‧‧元素
2149‧‧‧元素
2301‧‧‧開關按鈕
2302‧‧‧電子顯示器
2303‧‧‧蓋
2304‧‧‧掃描元件
2400‧‧‧設備
2401‧‧‧光學模組
2402‧‧‧第一馬達
2403‧‧‧水準導螺杆
2404‧‧‧第二馬達
2405‧‧‧半導體製冷片
2406‧‧‧垂直導螺杆
2407‧‧‧水準滑動導軌
2408‧‧‧垂直滑動導軌
2409‧‧‧第一過沖熱區域
2410‧‧‧樣品
2411‧‧‧樣品保持器
2412‧‧‧第二過沖熱區域
2505‧‧‧半導體製冷片
2509‧‧‧第一過沖熱區域
2510‧‧‧樣品
2512‧‧‧第二過沖熱區域
2602‧‧‧第一馬達
2603‧‧‧水準第一導螺杆
2604‧‧‧第二馬達
2606‧‧‧垂直第二導螺杆
2607‧‧‧水準第一滑動導軌
2608‧‧‧垂直第二滑動導軌
2609‧‧‧第一過沖熱區域
2611‧‧‧樣品保持器
2612‧‧‧第二過沖熱區域
2701‧‧‧標識號或條碼
本發明的新穎特徵在所附權利要求書中具體闡述。通過參考以下對其中利用到本發明原理的說明性實施方式加以闡述的詳細描述和附圖，將會獲得對本發明的特徵和優點的更好的理解，在附圖中：圖1A示出熱迴圈儀裝置的示例性示意圖。
圖1B示出具有與第一過沖熱區域熱接觸的樣品保持器的熱迴圈儀裝置的示例性示意圖。
圖1C示出具有與第二過沖熱區域熱接觸的樣品保持器的熱迴圈儀裝置的示例性示意圖。
圖2示出針對PCR反應的溫度隨時間的示例性曲線圖。
圖3示出熱迴圈儀裝置的示例性四分之三側視示意圖。
圖4示出熱迴圈儀裝置的示例性四分之三側視分解示意圖。
圖5示出熱迴圈儀裝置的示例性側視示意圖。
圖6A示出具有與第一過沖熱區域熱接觸的樣品保持器的熱迴圈儀裝置的示例性側視示意圖。
圖6B示出具有與第一目標熱區域熱接觸的樣品保持器的熱迴圈儀裝置的示例性側視示意圖。
圖6C示出具有與第二過沖熱區域熱接觸的樣品保持器的熱迴圈儀裝置的示例性側視示意圖。
圖6D示出具有與第二目標熱區域熱接觸的樣品保持器的熱迴圈儀裝置的示例性側視示意圖。
圖7示出熱迴圈儀裝置的示例性示意圖。
圖8示出熱迴圈儀裝置的示例性示意圖。
圖9示出被程式設計或以其他方式被配置用於實現本文提供的方法的示例性電腦控制系統。
圖10A示出熱迴圈儀裝置的外部包封的示例性俯視圖。
圖10B示出熱迴圈儀裝置的外部包封的示例性仰視圖。
圖10C示出熱迴圈儀裝置的外觀的示例性立體視圖。
圖10D示出蓋打開的熱迴圈儀裝置頂部的示例性局部放大視圖。
圖11示出熱迴圈儀裝置的示例性四分之三側視示意圖，其展示了該熱迴圈儀裝置的內部結構。
圖12示出熱迴圈儀裝置的示例性四分之三側視示意圖，其展示了該熱迴圈儀裝置的內部結構和蓋板。
圖13示出熱迴圈儀裝置的示例性四分之三側視示意圖，其從底部展示了該熱迴圈儀裝置的內部結構。
圖14示出熱迴圈儀裝置的示例性四分之三側視示意圖，其從底部展示了該熱迴圈儀裝置的內部結構。
圖15示出熱迴圈儀裝置的示例性四分之三側視分解示意圖。
圖16A示出具有與第二過沖熱區域熱接觸的樣品保持器的熱迴圈儀的示例性四分之三側視示意圖。
圖16B示出具有與第二過沖熱區域脫離熱接觸的樣品保持器的熱迴圈儀的示例性四分之三側視示意圖。
圖16C示出具有移動至第一過沖熱區域的範圍但還未與其熱接觸的樣品保持器的熱迴圈儀的示例性四分之三側視示意圖。
圖16D示出具有與第一過沖熱區域熱接觸的樣品保持器的熱迴圈 儀的示例性四分之三側視示意圖。
圖17A示出具有示例電子顯示器的熱迴圈儀的示例性控制台，所述示例電子顯示器具有示例使用者介面。
圖17B示出具有示例使用者介面的示例電子顯示器的示例性放大視圖。
圖18示出示例使用者介面。
圖19示出示例使用者介面。
圖20示出示例使用者介面。
圖21示出用於運行實驗的示例使用者介面。
圖22A是描繪了核酸擴增反應的結果的曲線圖。曲線A展示了針對目標而獲得的結果，而曲線B展示了針對對照而獲得的結果。
圖22B是描繪了核酸擴增反應的結果的曲線圖。曲線A展示了針對目標而獲得的結果，而曲線B展示了針對對照而獲得的結果。
圖22C是描繪了核酸擴增反應的結果的曲線圖。曲線A展示了針對目標而獲得的結果，而曲線B展示了針對對照而獲得的結果。
圖23示出本公開內容的示例性熱迴圈儀裝置。圖23A是熱迴圈儀的透視側視圖，圖23B和圖23C分別示出熱迴圈儀的俯視圖和仰視圖。圖23D和圖23E分別示出熱迴圈儀的前視圖和後視圖。圖23F和圖23G分別示出熱迴圈儀的左視圖和右視圖。
圖24示出熱迴圈儀裝置的示例性四分之三側視示意圖，其展示了 該熱迴圈儀裝置的內部結構。
圖25示出本公開內容的熱迴圈儀裝置的部分內部結構。
圖26示出處於操作中的熱迴圈儀裝置的示意性透視側視圖。圖26A-圖26F示出熱迴圈儀裝置的操作的各個階段。
圖27示出示例使用者介面。
圖28示出描繪了核酸擴增反應的結果的曲線圖。曲線1展示了針對乙型肝炎病毒而獲得的結果，而曲線2展示了針對對照而獲得的結果。
圖29A和圖29B示出描繪了核酸擴增反應的結果的曲線圖。曲線1展示了針對丙型肝炎病毒而獲得的結果，而曲線2展示了針對對照而獲得的結果。
圖30示出描繪了針對CYPC2C19的核酸擴增反應的結果的曲線圖。
雖然本文已經示出和描述了本發明的優選實施方式，但對於本領域技術人員顯而易見的是，這樣的實施方式只是通過示例的方式而提供的。本領域技術人員現將想到眾多更改、改變和替換，而不會偏離本發明。應當理解，在實施本發明的過程中可以採用本文所述的本發明實施方式的各種替代方案。以下權利要求旨在限定本發明的範圍，且因此覆蓋這些權利要求及其等效項的範圍內的方法和結構。
如本文所使用的術語“約”或“將近”是指在指定量的+/- 10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%或1%之內。
如本文所使用的術語“過沖”一般是指高於或低於目標點或區域或者指定點或區域的點或區域。在一些示例中，在加熱過程中，過沖熱區域可以處於高於目標溫度的溫度下，而在冷卻過程中，過沖熱區域可以處於低於目標溫度的溫度下。例如，在將溶液加熱至100℃的過程中，使用處於140℃的溫度下的過沖熱區域。在另一示例中，在將溶液冷卻至25℃的過程中，使用處於0℃的溫度下的過沖熱區域。過沖熱區域可以提供較大的溫度下降或溫度變化，這轉而可以提供更大的熱傳遞速率以在必要或需要時提供加熱或冷卻。
如本文所使用的術語“熱連通”一般是指在其中兩種或更多種材料能夠彼此交換諸如熱能等能量的狀態。這樣的能量交換可以通過能量從一種材料向另一種材料的傳遞的方式來進行。這樣的能量傳遞可以是輻射的、傳導的或對流的熱傳遞。所述能量可以是熱能。在一些示例中，彼此熱連通的兩種或更多種材料彼此熱接觸，舉例而言，諸如直接物理接觸或者通過一種或多種中間材料而接觸。
本公開內容的一方面提供了一種對包含於樣品保持器中的樣品進行化學反應的方法，所述反應需要在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，該方法包括：(a)放置所述樣品保持器與第一過沖熱區域熱連通(例如，熱接觸)以實現第一目標溫度水準；(b)放置所述樣品保持器與 第二過沖熱區域熱連通以實現第二目標溫度水準；以及在一些情況下重複步驟(a)和步驟(b)；其中所述第一過沖熱區域處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，而所述第二過沖熱區域處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下。
本公開內容的另一方面提供了一種對樣品進行化學反應的方法，所述反應需要在至少兩個溫度水準之間迴圈，所述方法包括：使所述樣品在約87℃至約95℃的第一目標溫度水準與約40℃至約70℃的第二目標溫度水準之間熱迴圈；其中完成所述熱迴圈的一個迴圈的時間少於或等於約5秒；並且其中所述樣品具有至少約1微升的體積。
本公開內容的方法可以用於進行反應或過程，諸如核酸的聚合酶鏈反應(PCR)擴增，其需要在兩個或更多個目標溫度水準之間迴圈。樣品體積的這樣的熱迴圈可以通過(a)使熱區域保持在恒定溫度並且(b)使樣品體積與該熱區域熱接觸以將樣品體積加熱或冷卻至期望溫度(例如，反應的設定點溫度)而完成。樣品體積的溫度變化率可以通過使所述樣品體積與保持在超出目標溫度水準的溫度下的熱區域相接觸而增大；這樣的熱區域可被稱為過沖熱區域。當加熱樣品體積時，過沖熱區域可以比所述目標溫度水準更熱(例如，加熱過沖熱區域)。當冷卻樣品體積時，過沖熱區域可以比所述目標溫度水準更冷(例如，冷卻過沖熱區域)。如果方案(例如，針對反應或過程的方案)需要使樣品體積在目標溫度水準下保持一段時間長度，則該樣品體積可以與過沖 熱區域相接觸(對於加熱或冷卻步驟)，並繼而與被保持在目標溫度水準下的熱區域相接觸(對於保持步驟)。或者，在本文提供的各個方面的一些實施方式中，如果方案(例如，針對反應或過程的方案)需要使樣品體積在目標溫度水準下保持一段時間長度，則該樣品體積可以與過沖熱區域相接觸(對於加熱或冷卻步驟)，並繼而再次放置於與加熱過沖熱區域接觸並且在與所述加熱過沖熱區域熱接觸和脫離熱接觸的狀態之間切換(對於保持步驟)。
例如，PCR過程可能涉及95℃和55℃的目標溫度水準。PCR樣品體積可以與恒定保持在135℃的第一過沖熱區域熱接觸，以便快速加熱至95℃，並繼而與恒定保持在8℃的第二過沖熱區域熱接觸，以便快速冷卻至55℃。如果該過程需要使樣品在95℃目標溫度水準下保持一段時間，則可以用所述第一過沖熱區域將樣品快速加熱至95℃，並繼而與恒定保持在95℃的第一目標熱區域相接觸。類似地，如果該過程需要使所述樣品在55℃目標溫度水準下保持一段時間，則可以用第二過沖熱區域將樣品快速冷卻至55℃，並繼而與恒定保持在55℃的第二目標熱區域相接觸。
在另一示例中，PCR過程可能涉及95℃和55℃的目標溫度水準。PCR樣品體積可以與恒定保持在135℃的第一過沖熱區域熱接觸，以便快速加熱至95℃，並繼而與恒定保持在8℃的第二過沖熱區域熱接觸，以便快速冷卻至55℃。如果該過程需要使所述樣品在95℃目標溫度水 準下保持一段時間，則可以用所述第一過沖熱區域將樣品快速加熱至95℃，並繼而通過使該樣品在與所述第一過沖熱區域熱接觸和脫離熱接觸的狀態之間迅速切換，所述樣品可以恒定保持在95℃。類似地，如果該過程需要使所述樣品在55℃目標溫度水準下保持一段時間，則可以用所述第二過沖熱區域將所述樣品快速冷卻至55℃，並繼而通過放置所述樣品與所述第一過沖熱區域再次熱接觸並且使其在與所述第一過沖熱區域熱接觸和脫離熱接觸的狀態之間迅速切換，所述樣品可以恒定保持在55℃。
在一些實施方式中，可以使用第一平移單元和第二平移單元來放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域熱連通。所述第一平移單元可以使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿第一平面的移動(例如，平移運動)，而所述第二平移單元可以使所述樣品保持器經受沿相對於所述第一平面成角度的第二平面的移動。放置所述樣品保持器與第一過沖熱區域熱連通(例如，熱接觸)可以包括當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，使用所述第一平移單元以沿著所述第一平面移動所述第一過沖熱區域至第一位置並且移動所述第二過沖熱區域至第二位置，並隨後使用所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，使得所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通。放置所述樣品保持器與第二過沖熱區域熱連通可以包括當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，使用所述第一平 移單元以移動所述第二過沖熱區域至所述第一位置並且移動所述第一過沖熱區域至第三位置，並隨後使用所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，使得所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通。所述第三位置可以不同於所述第二位置。備選地，所述第三位置可以與所述第二位置相同。所述第一平移單元可以使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿所述第一平面的同時移動。沿所述第二平面的移動可以朝向或遠離所述第一平面。所述第二平面可以相對於所述第一平面成約45°至90°的角度。
所述第一位置、第二位置和第三位置可以是離散的位置。備選地，所述第一位置、第二位置和第三位置可以是半連續的位置，所述位置可以是有界限的。所述第一位置、第二位置和第三位置可以是可調整的。在一些情況下，可以提供附加位置，諸如至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40或50個附加位置。所述附加位置中的每一個可以對應於過沖熱區域的給定配置。
本公開內容的一方面提供了一種用於對樣品進行化學反應的設備，所述反應需要在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，所述設備包括：(a)第一過沖熱區域，其在工作中時維持在約110℃至約140℃；(b)第一目標熱區域，其在工作中時維持在從約92℃至約95℃：(c)第二過沖熱區域，其在工作中時維持在約0℃至約30℃；(d)第二目標熱區域，其在工作中時維持在約40℃至約70℃；(e)樣品保持器，其被配置用 於保持一個或多個樣品；以及(f)一個或多個臂，其被程式設計用於放置所述樣品保持器與(a)到(d)的區域中的一個或多個區域按順序熱接觸。
本公開內容的一方面提供了一種用於對樣品進行化學反應的設備，所述反應需要在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，所述設備包括：(a)第一過沖熱區域，其在工作中時維持在約110℃至約140℃；(b)第二過沖熱區域，其在工作中時維持在約0℃至約35℃；(c)樣品保持器，其被配置用於保持一個或多個樣品；以及(d)一個或多個擺臂，其被程式設計用於放置所述樣品保持器與(a)和(b)的所述區域按順序熱接觸。
可以採用本公開內容的設備作為用於進行反應或過程的熱迴圈器(在本文中亦稱為熱迴圈儀)，所述反應或過程諸如為核酸的聚合酶鏈反應(PCR)擴增，其需要在兩個或更多個目標溫度水準之間迴圈。圖1A示出示例性熱迴圈器裝置100的示意圖，所述熱迴圈器裝置100包括第一熱過沖區域101、第二熱過沖區域102以及可保持一個或多個樣品體積的樣品保持器110。該裝置還可以包括檢測器120。所述檢測器可以用於檢測來自樣品保持器的信號。圖1B示出與第一熱過沖區域101熱接觸的樣品保持器110，而圖1C示出與第二熱過沖區域102熱接觸的樣品保持器110。
圖2示出針對PCR反應熱迴圈的溫度隨時間的示例性曲線圖200。 在第一溫度升高201期間，樣品體積可以與第一過沖熱區域相接觸以便快速加熱。在範本變性步驟202期間，樣品體積可以與第一目標熱區域相接觸以維持第一目標溫度水準。或者，在範本變性步驟202期間，可以使樣品體積在與所述第一過沖熱區域熱接觸和脫離熱接觸的狀態之間切換以維持第一目標溫度水準。在第一溫度下降203期間，樣品體積可以與第二過沖熱區域相接觸以便快速冷卻。在引物退火步驟204期間，樣品體積可以與第二目標熱區域相接觸以維持第二目標溫度水準。或者，在引物退火步驟204期間，可以放置樣品體積與所述第一過沖熱區域再次熱接觸並且使其在與所述第一過沖熱區域熱接觸和脫離熱接觸的狀態之間切換以維持第二目標溫度水準。可以進行附加的熱變化，諸如第二溫度升高205至第三目標溫度水準206(例如，用於DNA合成)。溫度可繼而升高207回到第一目標溫度水準。對於第二迴圈220以及所需的那麼多的後續迴圈而言可以重複第一迴圈210的過程。
在另一示例中，圖3示出熱迴圈儀300的示意圖。該示例性熱迴圈儀包括安裝在第一旋轉臂305上的第一過沖熱區域301、安裝在第二旋轉臂上的第二過沖熱區域302、安裝在第三旋轉臂上的第一目標熱區域303以及安裝在第四旋轉臂上的第二目標熱區域304。所述旋轉臂可以各自包括掛鉤306並且連接至同步帶330。同步帶可以由同步帶驅動馬達331驅動，並且還可以驅動具有樣品保持器310的熱蓋，該樣品保持器310可以保持一個或多個反應器皿312(例如，PCR管、毛細管)。 熱區域可以包括管孔311，反應器皿可以裝配到管孔311中以便改善熱接觸。熱迴圈儀還可以包括具有檢測器的光學模組320，並且所述光學模組可以由光學模組驅動馬達321驅動。圖4示出示例性熱迴圈儀的分解示意視圖，而圖5示出示例性熱迴圈儀的側視示意圖。
在另一示例中，圖11示出熱迴圈儀1100的示意圖。該示例性熱迴圈儀包括：第一過沖熱區域，其包括第一加熱模組1101和第二加熱模組1103；第二過沖熱區域，其包括第一冷卻模組1102和第二冷卻模組1104；樣品保持器1110，其安裝在擺臂1114上，能夠保持一個或多個反應器皿1112(例如，PCR管、毛細管)。還可以將樣品架1113安裝在擺臂1114上並且樣品保持器1110可以插在樣品架1113中。熱區域可以包括管孔1111，反應器皿可以裝配到管孔1111中以便改善熱接觸。熱迴圈儀還可以包括具有檢測器的光學模組1120，並且所述光學模組1120可以安裝在光學模組保持器1122上。擺臂1114可以由引擎(例如，轉向引擎)1115驅動。熱迴圈儀1100還可以包括馬達1140(例如，步進馬達)，該馬達1140用以驅動加熱模組1101和1103以及/或者冷卻模組1102和1104以在斷開位置與閉合位置之間切換，其中在閉合位置中，反應器皿1112將會與所述加熱模組1101和1103或者所述冷卻模組1102和1104熱接觸，而在斷開位置中，反應器皿1112將會與所述加熱模組1101和1103以及所述冷卻模組1102和1104脫離熱接觸。可以在第一過沖熱區域與第二過沖熱區域之間提供熱絕緣材料，以便避 免熱傳導。圖12示出示例性熱迴圈儀的內部結構，其具有放置在所述熱區域之上且在擺臂1114之下的蓋板1250。圖13示出示例性熱迴圈儀的示例性四分之三側視示意圖，其從底部展示了該熱迴圈儀的內部結構，其中引導元件1342可以由馬達1140控制。圖14示出示例性熱迴圈儀的示例性四分之三側視示意圖，其從底部展示了該熱迴圈儀的內部結構，其中引導元件1342驅動第一主軸元件1443和第二主軸元件1444，所述第一主軸元件和第二主軸元件轉而驅動加熱模組1101和1103以及冷卻模組1102和1104以在斷開位置與閉合位置之間切換。圖15示出了示例性熱迴圈儀的示例性四分之三側視分解示意圖。
在一些實施方式中，本公開內容提供了一種用於進行樣品的反應或使用樣品進行反應的設備。該設備可以包括在反應期間保持樣品的樣品保持器。所述反應可以包括在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，所述至少兩個目標溫度水準包括第一目標溫度水準和第二目標溫度水準。所述至少兩個目標溫度水準可以包括不止兩個目標溫度水準。
所述設備還可以包括第一過沖熱區域和第二過沖熱區域。所述第一過沖熱區域可以處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，而所述第二過沖熱區域可以處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下，或者反之亦然。所述設備還可以包括控制器，該控制器被程式設計用於交替地或按順序地(i)放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通以實現所述第一目標溫度水準，以及(ii)放置所述樣品保持器與所述第 二過沖熱區域熱連通以實現所述第二目標溫度水準。
在一些實施方式中，所述設備還包括第一平移單元和第二平移單元。所述第一平移單元可以使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿第一平面的移動，而所述第二平移單元可以使所述樣品保持器經受沿相對於所述第一平面成角度的第二平面的移動。所述控制器可以可操作地耦合至所述第一平移單元和所述第二平移單元，並且所述控制器可被程式設計用於使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿所述第一平面的移動，並且使所述樣品保持器經受沿所述第二平面的移動，以交替地或按順序地(i)放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通以實現所述第一目標溫度水準，以及(ii)放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通以實現所述第二目標溫度水準。所述第一平移單元可以使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿所述第一平面的同時移動。沿所述第二平面的移動可以朝向或遠離所述第一平面。所述第二平面可以相對於所述第一平面成約45°至90°的角度。
在一些實施方式中，所述控制器被程式設計用於：(1)當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，引導所述第一平移單元以沿著所述第一平面移動所述第一過沖熱區域至第一位置並且移動所述第二過沖熱區域至第二位置；(2)引導所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，從而放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區 域熱連通以實現所述第一目標溫度水準；(3)當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，引導所述第一平移單元以移動所述第二過沖熱區域至所述第一位置並且移動所述第一過沖熱區域至第三位置；以及(4)引導所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，從而放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通以實現所述第二目標溫度水準。所述第三位置可以不同於所述第二位置。所述控制器可被程式設計用於在(2)與(3)之間引導所述第二平移單元以使所述樣品保持器遠離所述第一平面升高。所述第一平移單元和/或所述第二平移單元可以包括至少一個馬達或壓電致動器。所述第一平移單元和/或所述第二平移單元可以包括導軌。所述導軌可以是線性導軌。
備選地，所述第三位置可以與所述第二位置相同。例如，第一平移單元可以使第一過沖熱區域和第二過沖熱區域沿著第一平面旋轉，使得第二過沖熱區域處於所述第一位置而第一過沖熱區域處於所述第二位置。可以重複這樣的旋轉以使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域在所述第一位置與所述第二位置之間交替。
所述第一位置、第二位置和第三位置可以是離散的位置。備選地，所述第一位置、第二位置和第三位置可以是半連續的位置，所述位置可以是有界限的。所述第一位置、第二位置和第三位置可以是可調整的。在一些情況下，可以提供附加位置，諸如至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40或50個附加位置。所述附加位置中的每一個可以對 應於過沖熱區域的給定配置。
所述第一過沖熱區域可以處於約110℃至約140℃的溫度下。在一些實施方式中，所述第一過沖熱區域處於至少約120℃或130℃的溫度下。在一些實施方式中，所述第一過沖熱區域是加熱單元。所述第二過沖熱區域可以處於約0℃至約30℃的溫度下。在一些實施方式中，所述第二過沖熱區域是冷卻單元。所述樣品保持器可以保持多個樣品。
圖24示出這樣的設備2400的示意圖。設備2400包括在反應期間保持一個或多個樣品2410(例如，管)的樣品保持器2411(例如，管架)、第一過沖熱區域2409(例如，加熱塊)和第二過沖熱區域2412(例如，冷卻塊)。第一過沖熱區域2409可以處於比第一目標溫度水準更高的溫度下，而第二過沖熱區域2412可以處於比第二目標溫度水準更低的溫度下。設備2400還包括第一馬達2402，該第一馬達2402在水準導螺杆2403的輔助下驅動第一過沖熱區域2409和第二過沖熱區域2412沿水準滑動導軌2407的水準移動。設備2400還包括第二馬達2404，該第二馬達2404在垂直導螺杆2406的輔助下驅動樣品保持器2411連同樣品2410沿垂直滑動導軌2408的垂直移動。設備2400還可以包括位於第二過沖熱區域2412附近(例如，之下)的半導體製冷片2405，該半導體製冷片2405可以通過使第二過沖熱區域2412維持在低溫(例如，比第二目標溫度水準更低的溫度)來促進冷卻過程。設備2400還可以包括能夠檢測由樣品2410生成的信號的光學模組2401。
圖25提供了設備的內部結構的示例。樣品2510可以放置在第一過沖熱區域2509(例如，加熱塊)或第二過沖熱區域2512(例如，冷卻塊)中。半導體製冷片2505可以放置在第二過沖熱區域2512之下，以通過使第二過沖熱區域2512維持在低溫(例如，比第二目標溫度水準更低的溫度)來促進冷卻過程。隔熱元件(例如，隔熱棉)可以放置在第一過沖熱區域2509之下且與半導體製冷片2505相鄰，以幫助防止或減少從第二過沖熱區域2512向第一過沖熱區域2509的熱傳遞。
熱迴圈操作
本公開內容的方法和裝置可以用於精確地控制樣品的溫度以實現期望的溫度分佈(temperature profile)。諸如自動化熱迴圈器等裝置可以能夠將樣品體積的溫度控制在約正或負5℃、4℃、3℃、2℃、1.2℃、1℃、0.7℃、0.5℃、0.3℃、0.1℃、0.05℃、0.01℃、0.005℃或0.001℃內。本公開內容的裝置可以能夠在以低電壓和/或低功率運行時有利地提供高品質的溫度控制。
在一些實施方式中，緩變(ramping)時間(即，熱迴圈器使樣品體積從一個溫度轉變至另一溫度所花的時間)和/或緩變速率可以是擴增中的重要因素。例如，擴增產生指示存在靶核酸的可檢測量的擴增產物所需的溫度和時間可以根據緩變速率和/或緩變時間而變化。緩變速率可以影響用於擴增的(一個或多個)溫度和(一個或多個)時間。緩變時間和/或緩變速率在各迴圈之間可以不同。然而在一些情況下，各迴圈之 間的緩變時間和/或緩變速率可以相同。緩變時間和/或緩變速率可以基於正在處理的(一個或多個)樣品進行調整。
可以控制樣品的緩變時間和/或緩變速率，例如通過樣品體積接觸過沖熱區域的時間量來控制。過沖熱區域可以用於實現樣品體積的較快速率的溫度變化。與過沖熱區域熱接觸的樣品體積可以比與目標熱區域熱接觸的樣品體積更快速地加熱或冷卻至目標溫度水準。加熱或冷卻樣品體積的速率可以通過過溫度區域在溫度上與目標溫度水準相差多少來控制。加熱或冷卻樣品體積的速率可以通過樣品體積在移動與過沖熱區域脫離接觸並移動到與目標熱區域熱接觸之前與所述過沖熱區域熱接觸了多長時間來控制。
在一些情況下，所述樣品體積可以通過與過沖熱區域熱接觸而一路達到目標溫度水準。在一些情況下，所述樣品體積可以通過與過沖熱區域熱接觸達到至目標溫度水準的程度的一部分，並繼而與保持在目標溫度水準的目標熱區域相接觸。樣品體積可以通過與過沖熱區域相接觸達到至目標溫度水準的程度的10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9%或100%。
在一些情況下，可以選擇不同溫度之間的緩變時間，例如基於樣品的性質和反應條件的性質來選擇。也可以基於樣品的性質和反應條件的性質來選擇溫度和溫育時間。在一些實施方式中，可以使用多個熱迴圈將單個樣品處理(例如，使之經受擴增條件)多次，各個熱迴圈在例 如緩變時間、溫度和/或溫育時間上不同。繼而可以為該特定樣品選擇最好或最佳的熱迴圈。這提供了針對被測試的特定樣品或樣品組合裁量熱迴圈的穩健而高效的方法。
加熱或冷卻樣品體積的速率可以至少約為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25或30℃/秒。加熱或冷卻樣品體積的速率可以約為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25或30℃/秒。
目標熱區域可以用於使樣品體積在目標溫度水準下保持一段時間長度。或者，樣品體積可以通過在與加熱過沖熱區域熱接觸和脫離熱接觸的狀態之間交替切換而在目標溫度水準下保持一段時間長度。樣品體積可以在目標溫度水準下保持至少約0.2、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或60秒，或者保持至少約2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85或90分鐘。樣品體積可以在目標溫度水準下保持至多約0.2、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或60秒，或者保持至多約2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85或90分鐘。
熱迴圈可以進行至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、55、60、 65、70、75、80、85、90、95或100個迴圈。熱迴圈可以進行1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100或不止100個迴圈。
圖6中示出熱迴圈儀操作的示例。圖6A示出與第一旋轉臂上的第一過沖熱區域301熱接觸的樣品保持器310。圖6B示出移動脫離與樣品保持器310熱接觸的第一過沖熱區域301，以及在第二旋轉臂上的、已擺動成與樣品保持器310熱接觸的第一目標熱區域303。圖6C示出移動脫離與樣品保持器310熱接觸的第一目標熱區域303，以及在第三旋轉臂上的、已擺動成與樣品保持器310熱接觸的第二過沖熱區域302。圖6D示出移動脫離與樣品保持器310熱接觸的第二過沖熱區域302，以及在第四旋轉臂上的、已擺動成與樣品保持器310熱接觸的第二目標熱區域304。所述熱迴圈儀可以繼而返回至圖6A中示出的配置並且重複所述迴圈所需的那麼多次數。樣品保持器可以能夠與旋轉臂相協調地移動。例如，樣品保持器可以隨著旋轉臂上的熱區域水平移開而垂直向上移動，並且繼而該樣品保持器可以隨著下一熱區域在其旋轉臂上水平移來而向下移動以與該下一熱區域會合。圖7和圖8中示出熱迴圈儀的附加視圖。
圖16中示出熱迴圈儀操作的另一示例。圖16A示出由擺臂1114控制的反應器皿1112被放置成與包括第一冷卻模組1102和第二冷卻模 組1104的冷卻過沖熱區域熱接觸。圖16B示出移動至斷開位置並且與反應器皿1112脫離熱接觸的第一冷卻模組1102和第二冷卻模組1104。圖16C示出由擺臂1114驅動的反應器皿1112已擺動到包括第一加熱模組1101和第二加熱模組1103的加熱過沖熱區域中。第一加熱模組1101和第二加熱模組1103可以處於斷開位置。圖16D示出移動至反應器皿周圍的閉合位置並且與反應器皿熱接觸的第一加熱模組1101和第二加熱模組1103。所述熱迴圈儀可以繼而返回至圖16A中示出的配置並且可以重複所述迴圈所需的那麼多次數。
耦合至熱區域或樣品保持器的可移動元件的運動定時可以由定時控制系統控制。例如，熱區域和/或樣品保持器可以安裝在可移動元件上，並且這些可移動元件可以連接至一個或多個馬達。所述可移動元件可以由單一馬達、帶或其他驅動器驅動。所述可移動元件可以各自具有單獨的馬達或其他驅動器。定時控制系統可以是電子的或機械的。
所述可移動元件的移動可以由電子定時控制系統控制。電子定時控制系統可以包括一個或多個電腦處理器。電子定時控制系統可以運行，以按確定的次序使所述熱區域移動成與樣品體積熱接觸和脫離熱接觸並長達確定的時間量。
定時控制系統可以是機械的。例如，熱區域和/或樣品保持器可以安裝在可移動元件上，並且這些可移動元件可以連接至機械定時控制系統，諸如帶或凸輪。所述可移動元件可以連接至機械定時控制系統，以 使得當所述機械定時控制系統運行時，所述可移動元件按確定的順序將所述熱區域移動至與樣品體積熱接觸和脫離熱接觸並長達確定的時間量。
對於熱迴圈儀中存在的熱區域，在每個迴圈中放置每個熱區域與樣品體積熱接觸的時間量可以是相同的或不同的。熱區域可以與樣品體積熱接觸約長達0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.7、0.8、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50或55秒，或者約長達1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5分鐘或更久。
完成單一熱迴圈所用時間可以約少於或等於10分鐘、5分鐘、1分鐘、50秒、40秒、30秒、20秒、15秒、10秒、9秒、8秒、7秒、6秒、5秒、4秒、3秒、2秒、1秒、0.9秒、0.8秒、9.7秒、0.6秒、0.5秒、0.4秒、0.3秒、0.2秒或0.1秒。
所述定時控制系統可以是可程式設計的或可調整的。可以調整或程式設計熱迴圈儀迴圈的一些方面，諸如溫度水準的數目、給定溫度水準的溫度、樣品體積達到溫度水準的次序、從一個溫度水準向另一溫度水準移動所花的時間、樣品體積在給定溫度水準下所花的時間量、所進 行的迴圈的數目或其他參數。
在另一方面，針對熱迴圈儀操作，可以採用本公開內容的另一設備。該設備可以包括在反應期間保持樣品的樣品保持器。所述反應包括在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，所述至少兩個目標溫度水準包括第一目標溫度水準和第二目標溫度水準。所述至少兩個目標溫度水準可以包括多於兩個目標溫度水準。所述設備還可以包括第一過沖熱區域和第二過沖熱區域。所述第一過沖熱區域可以處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，而所述第二過沖熱區域可以處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下，或者反之亦然。所述設備還可以包括控制器，該控制器被程式設計用於交替地或按順序地(i)放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通以實現所述第一目標溫度水準，以及(ii)放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通以實現所述第二目標溫度水準。
在一些實施方式中，所述設備還可以包括第一平移單元和第二平移單元。所述第一平移單元可以使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿第一平面的移動，而所述第二平移單元可以使所述樣品保持器經受沿相對於所述第一平面成角度的第二平面的移動。所述控制器可以可操作地耦合至所述第一平移單元和所述第二平移單元，並且所述控制器可被程式設計用於使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿所述第一平面的移動，並且使所述樣品保持器經受沿所述第二 平面的移動，以交替地或按順序地(i)放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通以實現所述第一目標溫度水準，以及(ii)放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通以實現所述第二目標溫度水準。所述第一平移單元可以使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿所述第一平面的同時移動。沿所述第二平面的移動可以朝向或遠離所述第一平面。所述第二平面可以相對於所述第一平面成約45°至90°的角度。
在一些實施方式中，所述控制器被程式設計用於：(1）當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，引導所述第一平移單元以沿著所述第一平面移動所述第一過沖熱區域至第一位置並且移動所述第二過沖熱區域至第二位置；(2)引導所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，從而放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通以實現所述第一目標溫度水準；(3)當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，引導所述第一平移單元以移動所述第二過沖熱區域至所述第一位置並且移動所述第一過沖熱區域至第三位置；以及(4)引導所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，從而放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通以實現所述第二目標溫度水準。所述第三位置可以不同於所述第二位置。所述控制器可被程式設計用於在(2)與(3)之間引導所述第二平移單元以使所述樣品保持器遠離所述第一平面升高。所述第一平移單元和/或所述第二平移 單元可以包括至少一個馬達或壓電致動器。所述第一平移單元和/或所述第二平移單元可以包括導軌。所述導軌可以是線性導軌。
所述第一位置、第二位置和第三位置可以是離散的位置。備選地，所述第一位置、第二位置和第三位置可以是半連續的位置，所述位置可以是有界限的。所述第一位置、第二位置和第三位置可以是可調整的。在一些情況下，可以提供附加位置，諸如至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40或50個附加位置。所述附加位置中的每一個可以對應於過沖熱區域的給定配置。
所述第一過沖熱區域可以處於約110℃至約140℃的溫度下。在一些實施方式中，所述第一過沖熱區域處於至少約120℃或130℃的溫度下。在一些實施方式中，所述第一過沖熱區域是加熱單元。所述第二過沖熱區域可以處於約0℃至約30℃的溫度下。在一些實施方式中，所述第二過沖熱區域是冷卻單元。所述樣品保持器可以保持多個樣品。
圖26中展示了一個示例。所述設備包括保持一個或多個小瓶(或管)的樣品保持器2611，每個小瓶在反應期間具有一個或多個樣品。在圖示的示例中，樣品保持器2611保持包含樣品的兩個小瓶。所述反應包括在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，所述至少兩個目標溫度水準包括第一目標溫度水準和第二目標溫度水準。第一目標溫度水準可以比第一過沖熱區域2609的溫度更低。第二目標溫度水準可以比第二過沖熱區域2612的溫度更高。
所述設備還包括第一過沖熱區域2609(例如，加熱塊)和第二過沖熱區域2612(例如，冷卻塊)，其中所述第一過沖熱區域處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，而所述第二過沖熱區域處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下。所述設備還可以包括第一平移單元和第二平移單元。所述第一平移單元包括第一馬達2602、水準第一導螺杆2603和水準第一滑動導軌2607。所述第二平移單元包括第二馬達2604、垂直第二導螺杆2606和垂直第二滑動導軌2608。在圖26A中，樣品保持器2611位於第一位置處的第一過沖熱區域2609之上。第二過沖熱區域2612處於第二位置。如圖26B中所示，隨著第二馬達2604的操作，樣品保持器2611沿著垂直第二滑動導軌2608並且在垂直第二導螺杆2606的輔助下朝向第一過沖熱區域2609下降，從而放置所述樣品與第一過沖熱區域2609熱連通(例如，熱接觸)一段足以實現第一目標溫度水準的時間段。在實現第一目標溫度水準之後，如圖26C中所示，樣品保持器沿著垂直第二滑動導軌2608並且在垂直第二導螺杆2606的輔助下遠離第一過沖熱區域2609升高。繼而，如圖26D中所示，第一馬達2602沿著水準第一滑動導軌2607並且在水準第一導螺杆2603的輔助下移動第一過沖熱區域2609至第三位置並且移動第二過沖熱區域2612至所述第一位置，從而將樣品保持器2611放置在第二過沖熱區域2612之上。接下來，如圖26E中所示，樣品保持器2611沿著垂直第二滑動導軌2608並且在垂直第二導螺杆2606的輔助下朝向第二過沖熱區 域2612下降，從而放置所述樣品與第二過沖熱區域2612熱連通一段足以實現第二目標溫度水準的時間段。在實現第二目標溫度水準之後，如圖26F中所示，樣品保持器沿著垂直第二滑動導軌2608並且在垂直第二導螺杆2606的輔助下遠離第二過沖熱區域2612升高。繼而，如圖26A中所示，第一馬達2602沿著水準第一滑動導軌2607並且在水準第一導螺杆2603的輔助下將第二過沖熱區域2609移動回到第一位置並且將第一過沖熱區域2612移動回到第三位置，從而將樣品保持器2611放置在第一過沖熱區域2612之上。可以重複該過程所需的那麼多次數。
備選地，所述第三位置可以與所述第二位置相同。例如，就圖26D而言，第一馬達2602可以使第一過沖熱區域和第二過沖熱區域沿著一個平面旋轉，使得第二過沖熱區域移動至所述第一位置而第一過沖熱區域移動至所述第二位置。可以重複這樣的旋轉以使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域在所述第一位置與所述第二位置之間交替。
所述第一位置、第二位置和第三位置可以是離散的位置。備選地，所述第一位置、第二位置和第三位置可以是半連續的位置，所述位置可以是有界限的。所述第一位置、第二位置和第三位置可以是可調整的。在一些情況下，可以提供附加位置，諸如至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40或50個附加位置。所述附加位置中的每一個可以對應於過沖熱區域的給定配置。
可以監測由樣品保持器2611保持的小瓶中的樣品的溫度以實現 目標溫度水準。例如，可以通過測量來自小瓶的紅外輻射(IR)或者使用熱電偶來監測樣品的溫度。備選地，可以不監測所述溫度，但可以選擇所述小瓶與第一過沖熱區域2609和第二過沖熱區域2612熱連通的時間段以實現程式設計的樣品溫度隨時間的分佈。
例如，可以使用預定的擴增方案、利用本公開內容的方法、系統和/或設備來擴增和檢測樣品(該樣品可例如包括純化的DNA和/或RNA、假病毒、血清、血漿、全血、糞便樣品或拭子樣品等)中的靶核酸分子。所述方案可以包括：1)在約115℃的第一過沖溫度下加熱樣品，直到達到約94℃的第一目標溫度；2)繼而在約20℃的第二過沖溫度下冷卻樣品，直到達到約48℃的第二目標溫度；以及3)必要時重複操作1)和操作2)。
樣品
用本方法、裝置、設備和系統進行的反應和其他過程可以對一個或多個樣品進行。樣品可以包含靶核酸。樣品可以包含檢測擴增的靶核酸的藥劑(例如，可檢測的核酸結合劑)。樣品可以包含用於進行核酸擴增的試劑。根據要擴增的靶核酸的性質，試劑可以包含用於進行逆轉錄酶耦合的PCT的逆轉錄酶、dNTP或Mg2+離子。
樣品可以是生物樣品。該生物樣品可以取自受試者。例如，樣品可以直接取自活的受試者。在一些實施方式中，生物樣品可以包括呼出氣、血液、尿液、排遺物、唾液、腦脊髓液和汗液。可以從受試者獲得 包含核酸的任何合適的生物樣品。生物樣品可以是固體物質(例如，生物組織)，或者可以是流體(例如，生物流體)。通常，生物流體可包括與活生物體相關的任何流體。生物樣品的非限制性示例包括從受試者的任何解剖學位置(例如，組織、循環系統、骨髓)獲得的血液(或血液的成分-例如，白細胞、紅細胞、血小板)、從受試者的任何解剖學位置獲得的細胞、皮膚、心臟、肺、腎臟、呼出氣、骨髓、糞便、精液、陰道液、來源於腫瘤組織的組織液、乳腺、胰腺、腦脊液、組織、咽喉拭子、活檢物、胎盤液、羊水、肝臟、肌肉、平滑肌、膀胱、膽囊、結腸、腸、腦、腔液、痰、膿、微生物群(micropiota)、胎糞、乳汁、前列腺、食道、甲狀腺、血清、唾液、尿液、胃液和消化液、淚液、眼部液體、汗液、粘液、耳垢、油、腺體分泌物、脊髓液、毛髮、指甲、皮膚細胞、血漿、鼻拭子或鼻咽洗液、脊髓液、臍帶血、重點流體(emphatic fluid)以及/或者其他排泄物或身體組織。
受試者可以是活的受試者或者死亡的受試者。受試者可以是人類或動物。在一些情況下，受試者可以是哺乳動物。受試者的示例可以包括但不限於猿類、禽類、犬類、貓類、馬類、牛類、羊類、豬類、海豚、齧齒類(例如，小鼠、大鼠)或昆蟲。
可以通過各種途徑從受試者獲得生物樣品。這樣的直接從受試者獲得生物樣品的途徑的非限制性示例包括：進入循環系統(例如，經注射器或其他針而靜脈內或動脈內進入)、收集分泌的生物樣品(例如， 排遺物、尿液、痰、唾液等)、外科手術(例如，活檢)、擦拭(例如，口腔拭子、口咽拭子)、移液和呼吸。而且，可以從受試者身上期望的生物樣品所處的任何解剖部位獲得生物樣品。
直接從受試者獲得的生物樣品通常可以指這樣的生物樣品：其從受試者獲得後，除了用於從受試者收集生物樣品以供進一步處理的任何途徑之外未進行進一步處理。例如，通過以下步驟直接從受試者獲得血液：進入受試者的循環系統，從受試者身上取出血液(例如，通過針)，並使取出的血液進入貯器中。該貯器可包含試劑(例如，抗凝血劑)，以使得血液樣品可用於進一步的分析。在另一示例中，可以使用拭子接近受試者的口咽表面上的上皮細胞。在從受試者獲得生物樣品後，可使含有生物樣品的拭子與流體(例如，緩衝液)接觸，以從拭子上收集生物流體。或者，在生物樣品被提供給裝置之前，可以對其進行預處理。
在一些實施方式中，生物樣品在提供於反應器皿中時尚未純化。在一些實施方式中，當生物樣品提供至反應器皿時，生物樣品的核酸尚未提取。例如，當將生物樣品提供至反應器皿時，生物樣品中的RNA或DNA可能未從生物樣品中提取。而且，在一些實施方式中，在將生物樣品提供至反應器皿之前，存在於生物樣品中的靶核酸(例如，靶RNA或靶DNA)可能未經濃縮。或者，在將樣品提供給裝置之前，可以進行對樣品的稀釋或濃縮。
樣品可以具有待擴增的靶核酸。可以對靶核酸進行擴增以生成擴 增產物。靶核酸可以是靶RNA或靶DNA。在靶核酸為靶RNA的情況下，靶RNA可以是任何類型的RNA。在一些實施方式中，靶RNA是病毒RNA。在一些實施方式中，病毒RNA可能對受試者有致病性。致病性病毒RNA的非限制性示例包括人類免疫缺陷病毒I(HIV I)、人類免疫缺陷病毒II(HIV II)、正粘病毒、流感病毒(例如，H1N1、H3N2、H5N1、H7N9)、肝炎病毒(hepevirus)、甲型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、丁型肝炎病毒、戊型肝炎病毒、庚型肝炎病毒、EB病毒(Epstein-Barr virus)、單核細胞增多症病毒、巨細胞病毒、SARS病毒、西尼羅河熱病毒、埃博拉病毒、脊髓灰質炎病毒和麻疹病毒。
在靶核酸為靶DNA的情況下，靶DNA可以是任何類型的DNA。在一些實施方式中，靶DNA是病毒DNA。在一些實施方式中，病毒DNA可能對受試者有致病性。DNA病毒的非限制性示例包括單純皰疹病毒、天花和水痘。在一些情況下，靶DNA可以是寄生蟲DNA，寄生蟲諸如為瘧疾寄生蟲或瘧原蟲。在一些情況下，靶DNA可以是細菌DNA。細菌DNA可以是來自對受試者有致病性的細菌，舉例而言，諸如結核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis)-一種已知引起結核病的細菌。
樣品還可以包括檢測擴增的靶核酸的藥劑。該藥劑可以是可產生可檢測信號的報告劑，該信號的存在或不存在指示出擴增產物的存在。可檢測信號的強度可以與擴增產物的量成比例。例如，可檢測信號可以 與擴增產物的量成線性正比、成指數比例、成反比，或者與之具有任何其他類型的比例關係。在一些情況下，當生成了與最初擴增的靶核酸不同類型的核酸的擴增產物時，可檢測信號的強度可以與最初擴增的靶核酸的量成比例。例如，在經由並行的逆轉錄和對由逆轉錄獲得的DNA的擴增來擴增靶RNA的情況下，這兩種反應所必需的試劑還可以包括可產生可檢測信號的報告劑，該信號指示出存在擴增的DNA產物和/或擴增的靶RNA。可檢測信號的強度可以與擴增的DNA產物和/或擴增的原始靶RNA的量成比例。使用報告劑還支援即時擴增方法，包括用於DNA擴增的即時PCR。
報告劑可以通過共價或非共價連接與包括擴增產物在內的核酸相連接。非共價連接的非限制性示例包括離子相互作用、范德華力、疏水相互作用、氫鍵鍵合及其組合。在一些實施方式中，報告劑可與初始反應物結合，並且報告劑水準的變化可用於檢測擴增產物。在一些實施方式中，報告劑可以僅在核酸擴增進行時是可檢測的(或不可檢測的)。在一些實施方式中，光學活性染料(例如，螢光染料)可用作報告劑。用於檢測擴增的靶核酸的藥劑可以是核酸結合染料。該染料可以是DNA-嵌入染料。染料的非限制性示例包括：Eva綠、SYBR綠、SYBR藍、DAPI、普羅匹定碘、Hoeste、SYBR金色、溴化乙錠、吖啶、原黃素、吖啶橙、吖啶黃素、螢光香豆素(fluorcoumanin)、玫瑰樹堿、道諾黴素、氯喹、偏端黴素D、色黴素、二胺乙基苯菲、光輝黴素、多吡 啶釕(ruthenium polypyridyls)、氨茴黴素、菲啶和吖啶、溴化乙錠、碘化丙啶、碘化己錠(hexidium iodide)、二氫乙錠(dihydroethidium)、乙錠同二聚體-1和-2、單疊氮乙錠(ethidium monoazide)和ACMA、Hoechst 33258、Hoechst 33342、Hoechst 34580、DAPI、吖啶橙、7-AAD、放線菌素D、LDS751、羥茋巴脒(hydroxystilbamidine)、SYTOX藍、SYTOX綠、SYTOX橙、POPO-1、POPO-3、YOYO-1、YOYO-3、TOTO-1、TOTO-3、JOJO-1、LOLO-1、BOBO-1、BOBO-3、PO-PRO-1、PO-PRO-3、BO-PRO-1、BO-PRO-3、TO-PRO-1、TO-PRO-3、TO-PRO-5、JO-PRO-1、LO-PRO-1、YO-PRO-1、YO-PRO-3、PicoGreen、OliGreen、RiboGreen、SYBR金色、SYBR綠I、SYBR綠II、SYBR DX、SYTO-40、-41、-42、-43、-44、-45(藍)、SYTO-13、-16、-24、-21、-23、-12、-11、-20、-22、-15、-14、-25(綠)、SYTO-81、-80、-82、-83、-84、-85(橙)、SYTO-64、-17、-59、-61、-62、-60、-63(紅)、螢光素、異硫氰酸螢光素(FITC)、異硫氰酸四甲基羅丹明(TRITC)、羅丹明、四甲基羅丹明、R-藻紅蛋白、Cy-2、Cy-3、Cy-3.5、Cy-5、Cy5.5、Cy-7、Texas紅、Phar-紅、別藻藍蛋白(APC)、Sybr綠I、Sybr綠II、Sybr金色、CellTracker綠、Eva綠、7-AAD、乙錠同二聚體I、乙錠同二聚體II、乙錠同二聚體III、溴化乙錠、傘形酮、曙紅、綠色螢光蛋白、赤蘚紅、香豆素、甲基香豆素、芘、孔雀綠、茋、螢光黃、級聯藍(cascade blue)、二氯三嗪胺螢光素、丹磺醯氯、螢光鑭系金屬絡合物諸如包含銪和鋱的 螢光鑭系金屬絡合物、羧基四氯螢光素、5-和/或6-羧基螢光素(FAM)、5-(或6-)碘代乙醯氨基螢光素、5-{[2(和3)-5-(乙醯巰基)-丁二醯]氨基}螢光素(SAMSA-螢光素)、麗絲胺羅丹明B磺醯氯、5和/或6羧基羅丹明(ROX)、7-氨基-甲基-香豆素、7-氨基-4-甲基香豆素-3-乙酸(AMCA)、BODIPY螢光團、8-甲氧基芘-1,3,6-三磺酸三鈉鹽、3,6-二磺酸-4-氨基-萘二甲醯亞胺、藻膽蛋白(phycobiliproteins)、AlexaFluor 350、405、430、488、532、546、555、568、594、610、633、635、647、660、680、700、750和790染料、DyLight 350、405、488、550、594、633、650、680、755和800染料或其他螢光團。
在一些情況下，報告劑可以是在與擴增產物雜交時可具有光學活性的序列特異性寡核苷酸探針。由於探針與擴增產物的序列特異性結合，寡核苷酸探針的使用可以提高檢測的特異性和靈敏度。探針可以連接至本文所述的任何光學活性報告劑(例如，染料)，並且還可以包括能夠阻斷相關聯的染料的光學活性的猝滅劑。可用作報告劑的探針的非限制性示例包括TaqMan探針、TaqMan Tamara探針、TaqMan MGB探針或Lion探針。
報告劑可以是RNA寡核苷酸探針，其可包含光學活性染料(例如，螢光染料)和相鄰地位於探針上的猝滅劑。染料與猝滅劑的緊密靠近可阻斷染料的光學活性。探針可與待擴增的靶序列結合。一旦在擴增期間DNA聚合酶的外切核酸酶活性使探針斷裂，則猝滅劑與染料分離，而 游離的染料重新獲得其光學活性，該活性隨後可被檢測到。
報告劑可以是分子信標(molecular beacon)。分子信標可以包括，例如，在髮夾構象的寡核苷酸的一端上連接的猝滅劑。在該寡核苷酸的另一端是光學活性染料，例如，螢光染料。在髮夾構型中，光學活性染料和猝滅劑足夠緊密地接近，使得猝滅劑能夠阻斷染料的光學活性。然而，一旦與擴增產物雜交，該寡核苷酸即呈線性構象並與該擴增產物上的靶序列雜交。寡核苷酸的線性化導致光學活性染料與猝滅劑的分離，從而使得光學活性恢復，並且可被檢測到。分子信標對擴增產物上的靶序列的序列特異性可改善檢測的特異性和靈敏度。
在一些實施方式中，報告劑可以是放射性種類。放射性種類的非限制性示例包括14C、123I、124I、125I、131I、Tc99m、35S或3H。
在一些實施方式中，報告劑可以是能夠生成可檢測信號的酶。可檢測信號可通過酶對其底物，或在酶具有多個底物的情況下對特定底物的活性來產生。可用作報告劑的酶的非限制性示例包括鹼性磷酸酶、辣根過氧化物酶、I2-半乳糖苷酶、鹼性磷酸酶、β-乳半乳糖苷酶、乙醯膽鹼酯酶和螢光素酶。
樣品可以與在裝置內的核酸擴增所必需的試劑一同提供。在一些情況下，試劑可以包括以下各項中的一項或多項：(i)逆轉錄酶，(ii)DNA聚合酶，以及(iii)針對靶核酸的引物組(例如，RNA)。試劑的一些示例可以包括市售的預混合物(例如，Qiagen One-Step RT-PCR或 One-Step RT-qPCR試劑盒)，該市售的預混合物包含逆轉錄酶(例如，Sensiscript和Omniscript轉錄酶)、DNA聚合酶(例如，HotStarTaq DNA 聚合酶)和dNTP。
在一些情況下，樣品可以提供在諸如反應器皿等樣品容器內。樣品的任何成分，包括靶核酸、檢測擴增的靶核酸的藥劑和/或用於核酸擴增的試劑，均可提供於反應器皿內以獲得反應混合物。可以使用任何合適的反應器皿。在一些實施方式中，反應器皿包括主體，該主體可以包括內表面、外表面、開口端和相對的封閉端。在一些實施方式中，反應器皿可以包括蓋。所述蓋可被配置為在其開口端與主體接觸，使得當進行接觸時該反應器皿的開口端封閉。在一些情況下，所述蓋永久地與反應器皿相關聯，使得其在打開和閉合配置下保持附接至反應器皿。在一些情況下，所述蓋是可移除的，以便在反應器皿打開時，蓋與反應器皿分離。在一些實施方式中，反應器皿可被密封，在一些情況下被氣密密封。反應器皿可以是不漏流體的。
反應器皿可具有不同的大小、形狀、重量和配置。在一些示例中，反應器皿可以是圓形或橢圓形的管狀。在一些實施方式中，反應器皿可以是矩形、正方形、菱形、圓形、橢圓形或三角形。反應器皿可以是規則形狀或不規則形狀。在一些實施方式中，反應器皿的封閉端可具有錐形、圓形或平的表面。例如，可以提供平坦的蓋、圓潤的蓋或錐形的蓋。反應器皿類型的非限制性示例包括管、孔、毛細管、筒、皿、離心管或 移液管頭。
可以提供任何尺寸的反應器皿。反應器皿可被配置用於容納至少約0.2毫升(mL)或0.5mL的樣品。反應器皿可被配置用於容納至少約1mL、1.5mL、2mL、2.5mL、3mL、3.5mL、4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL、50mL、55mL、60mL、65mL、70mL、75mL、80mL、90mL、95mL、100mL、110mL、120mL、120mL、140mL、150mL、160mL、170mL、180mL、190mL、200mL、250mL、300mL、350mL、400mL、450mL或500mL。反應器皿可被配置用於容納至多約1mL、1.5mL、2mL、2.5mL、3mL、3.5mL、4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL、50mL、55mL、60mL、65mL、70mL、75mL、80mL、90mL、95mL、100mL、110mL、120mL、120mL、140mL、150mL、160mL、170mL、180mL、190mL、200mL、250mL、300mL、350mL、400mL、450mL或500mL。反應器皿可被配置用於容納約1mL、1.5mL、2mL、2.5mL、3mL、3.5mL、4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL、50mL、55mL、60mL、65mL、70mL、75mL、80mL、90mL、95mL、100mL、110mL、120mL、120mL、140mL、150mL、160mL、170mL、180mL、190mL、200mL、250mL、300mL、350mL、400mL、450mL或500 mL。反應器皿可以具有的容積被配置用於容納不超過落入本文所描述的值中的兩個值之間的範圍中的容積。反應器皿可以具有約20mL至約200mL的體積。反應器皿可以具有約50mL至約200mL的體積。反應器皿可以具有約100mL至約200mL的體積。
反應器皿可以具有至少約0.25釐米(cm)、0.5cm、0.75cm、1cm、1.25cm、1.5cm、1.75cm、2cm、2.25cm、2.5cm、2.75cm、3cm、3.25cm、3.5cm、3.75cm、4cm、4.25cm、4.5cm、4.75cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm或10cm的高度。反應器皿可以具有至多約0.25釐米(cm)、0.5cm、0.75cm、1cm、1.25cm、1.5cm、1.75cm、2cm、2.25cm、2.5cm、2.75cm、3cm、3.25cm、3.5cm、3.75cm、4cm、4.25cm、4.5cm、4.75cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm或10cm的高度。反應器皿可以具有約0.25釐米(cm)、0.5cm、0.75cm、1cm、1.25cm、1.5cm、1.75cm、2cm、2.25cm、2.5cm、2.75cm、3cm、3.25cm、3.5cm、3.75cm、4cm、4.25cm、4.5cm、4.75cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm或10cm的高度。反應器皿可以具有大於本文所描述的任何值的高度。反應器皿可以具有落入本文所描述的任何兩個值之間的範圍中的高度。
反應器皿可以具有至少約0.25平方釐米(cm2)、0.5cm2、0.75cm2、1cm2、1.25cm2、1.5cm2、1.75cm2、2cm2、2.25cm2、2.5cm2、2.75cm2、3cm2、3.25cm2、3.5cm2、3.75cm2、4cm2、4.25cm2、4.5cm2、4.75cm2 或5cm2的橫截面積。反應器皿可以具有至多約0.25平方釐米(cm2)、0.5cm2、0.75cm2、1cm2、1.25cm2、1.5cm2、1.75cm2、2cm2、2.25cm2、2.5cm2、2.75cm2、3cm2、3.25cm2、3.5cm2、3.75cm2、4cm2、4.25cm2、4.5cm2、4.75cm2或5cm2的橫截面積。反應器皿可以具有約0.25平方釐米(cm2)、0.5cm2、0.75cm2、1cm2、1.25cm2、1.5cm2、1.75cm2、2cm2、2.25cm2、2.5cm2、2.75cm2、3cm2、3.25cm2、3.5cm2、3.75cm2、4cm2、4.25cm2、4.5cm2、4.75cm2或5cm2的橫截面積。反應器皿可以具有小於本文所述的任何值的橫截面積。反應器皿可以具有落入本文所述的任何兩個值之間的範圍中的橫截面積。
反應器皿可由任何合適的材料構造而成，這樣的材料的非限制性示例包括玻璃、金屬、塑膠及其組合。反應器皿可以由可允許光信號從反應器皿內離開反應器皿的光學透明或半透明材料製成。反應器皿可以由可過濾或者可不過濾離開反應器皿的光信號的材料製成。在一些情況下，反應器皿可以由可允許檢測器探察反應器皿的內部的透明材料形成。在一些情況下，可以對反應器皿的內部成像。或者，可以檢測和測量離開反應器皿的光信號的量。
熱迴圈器可以能夠接收反應器皿。反應器皿可以可移除地提供至熱迴圈器。反應器皿可以插入於裝置內或者從裝置中取出。反應器皿可以放置在熱迴圈器的支撐元件上或者從該支撐組件取下。在備選實施方式中，可以將樣品直接載入到裝置中，而無需單獨的反應器皿。在一些 情況下，反應器皿或貯器可以直接內置於裝置中。樣品保持器可以保持至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100或不止100個樣品體積。
樣品體積(例如，反應器皿)或樣品保持器可以通過多種運動而與熱區域熱接觸。熱區域可移動成與樣品體積相接觸，或者樣品體積可移動成與熱區域相接觸。在一些情況下，樣品體積可以安裝在可移動元件上或以其他方式耦合至可移動元件，諸如臂、帶、凸輪、盤、杆、導軌或輪。這樣的可移動元件可以由一個或多個馬達、彈簧或其他驅動元件驅動。
本公開內容的裝置(例如，熱迴圈儀)可以接受在其中具有樣品的反應器皿，或者可以直接接收樣品。熱迴圈器可以能夠交替加熱和冷卻樣品。可以提供多個加熱和冷卻迴圈。可以為各個加熱和冷卻迴圈提供任何溫度分佈。
核酸擴增
本公開內容的裝置和方法可以用於進行需要在至少兩個溫度水準之間迴圈的過程和反應，諸如核酸擴增。在一些實現方式中，本文所述的反應可以平行進行。平行的擴增反應可以是可在同一反應器皿內並且可同時發生的擴增反應。平行的核酸擴增反應可以如下進行：例如，在反應器皿中包括對於各個核酸擴增反應所必需的試劑以獲得反應混合 物，並且使該反應混合物經受對於各個核酸擴增反應所必需的條件。例如，逆轉錄擴增和DNA擴增可以如下平行地進行：在反應器皿中提供對於這兩種擴增方法所必需的試劑以形成並獲得反應混合物，並使該反應混合物經受適於進行這兩個擴增反應的條件。由RNA的逆轉錄生成的DNA可以平行地進行擴增以產生擴增的DNA產物。任何合適數目的核酸擴增反應可以平行地進行。在一些情況下，平行地進行至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100或不止100個核酸擴增反應。
任何類型的核酸擴增反應均可用於擴增靶核酸並生成擴增產物。此外，核酸的擴增可以是線性的、指數性的或其組合。擴增可以是基於乳劑的或可以是基於非乳劑的。核酸擴增方法的非限制性示例包括逆轉錄、引物延伸、聚合酶鏈反應、連接酶鏈反應、解旋酶依賴的擴增、非對稱擴增、滾環擴增和多重置換擴增(MDA)。在一些實施方式中，擴增產物可以是DNA。在對靶RNA進行擴增的情況下，可以通過RNA的逆轉錄來獲得DNA並且可以利用隨後的DNA擴增來生成擴增的DNA產物。擴增的DNA產物可以指示在生物樣品中存在靶RNA。在對DNA進行擴增的情況下，可以使用本領域中已知的任何DNA擴增方法。DNA擴增方法的非限制性示例包括聚合酶鏈反應(PCR)、PCR的變型(例如，即時PCR、等位基因特異性PCR、裝配PCR、非對稱PCR、 數字PCR、乳液PCR、撥出PCR(dial-out PCR)、解旋酶依賴的PCR、巢式PCR、暖開機PCR、反向PCR、甲基化特異性PCR、微引物PCR(miniprimer PCR)、多重PCR、巢式PCR、重疊-延伸PCR、熱非對稱交錯PCR(thermal asymmetric interlaced PCR)、遞降PCR)以及連接酶鏈反應(LCR)。在一些情況下，DNA擴增是線性的。在一些情況下，DNA擴增是指數式的。在一些情況下，DNA擴增採用巢式PCR來實現，其可以改善檢測擴增的DNA產物的靈敏度。
在這些多個方面的任何方面，可以使用針對靶核酸的引物組來進行核酸擴增反應。引物組通常包含一種或多種引物。例如，引物組可以包含約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10種或更多種引物。在一些情況下，引物組可以包含針對不同的擴增產物或不同的核酸擴增反應的引物。例如，引物組可以包含第一引物和與核酸鏈產物互補的第二引物，第一引物是生成與靶核酸的至少一部分互補的核酸產物的第一鏈所必需的，第二引物是生成與核酸產物第一鏈的至少一部分互補的核酸產物的第二鏈所必需的。
例如，引物組可以針對靶RNA。引物組可以包含可用于生成與靶RNA的至少一部分互補的核酸產物第一鏈的第一引物。在逆轉錄反應的情況下，核酸產物的第一鏈可以是DNA。引物組還可以包含可用于生成與核酸產物第一鏈的至少一部分互補的核酸產物第二鏈的第二引物。在與DNA擴增平行進行的逆轉錄反應的情況下，核酸產物的第二鏈可 以是與自RNA範本產生的DNA鏈互補的核酸(例如，DNA)產物的一條鏈。
如有需要，可以使用任何合適數目的引物組。例如，可以使用約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10個或更多個引物組。當使用多個引物組時，一個或多個引物組可以各自對應於特定的核酸擴增反應或擴增產物。
在一些實施方式中，使用DNA聚合酶。可以使用任何合適的DNA聚合酶，包括可商購的DNA聚合酶。DNA聚合酶通常指能夠以範本結合的方式將核苷酸摻入到DNA鏈中的酶。DNA聚合酶的非限制性示例包括Taq聚合酶、Tth聚合酶、Tli聚合酶、Pfu聚合酶、VENT聚合酶、DEEPVENT聚合酶、EX-Taq聚合酶、LA-Taq聚合酶、Expand聚合酶、Sso聚合酶、Poc聚合酶、Pab聚合酶、Mth聚合酶、Pho聚合酶、ES4聚合酶、Tru聚合酶、Tac聚合酶、Tne聚合酶、Tma聚合酶、Tih聚合酶、Tfi聚合酶、Platinum Taq聚合酶、Hi-Fi聚合酶、Tbr聚合酶、Tfl聚合酶、Pfutubo聚合酶、Pyrobest聚合酶、Pwo聚合酶、KOD聚合酶、Bst聚合酶、Sac聚合酶、Klenow片段，以及它們的變體、修飾的產物和衍生物。對於某種暖開機聚合酶，可能需要在94℃-95℃下2分鐘至10分鐘的變性步驟，這根據不同的聚合酶可能會改變熱曲線。
根據本發明的一些實施方式，可以使用逆轉錄酶。可以使用任何合適的逆轉錄酶。逆轉錄酶通常指在與RNA範本結合時能夠將核苷酸 摻入到DNA鏈中的酶。逆轉錄酶的非限制性示例包括HIV-1逆轉錄酶、M-MLV逆轉錄酶、AMV逆轉錄酶、端粒酶逆轉錄酶，以及它們的變體、修飾的產物和衍生物。
在多個方面，使用引物延伸反應來生成擴增產物。引物延伸反應通常包括以下的迴圈：將反應混合物在變性溫度下溫育一段變性持續時間，以及將反應混合物在延伸溫度下溫育一段延伸持續時間。
變性溫度可以根據例如所分析的特定生物樣品、生物樣品中靶核酸的特定來源(例如，病毒顆粒、細菌)、所使用的試劑和/或所期望的反應條件而變化。例如，變性溫度可以為約80℃至約110℃。在一些示例中，變性溫度可以為約90℃至約100℃。在一些示例中，變性溫度可以為約87℃至約95℃。在一些示例中，變性溫度可以為約90℃至約97℃。在一些示例中，變性溫度可以為約92℃至約95℃。在另外其他的示例中，變性溫度可至少為或約為80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃。
變性持續時間可以根據例如所分析的特定生物樣品、生物樣品中靶核酸的特定來源(例如，病毒顆粒、細菌)、所使用的試劑和/或所期望的反應條件而變化。例如，變性持續時間可以少於或等於300秒、240秒、180秒、120秒、90秒、60秒、55秒、50秒、45秒、40秒、35秒、30秒、25秒、20秒、15秒、10秒、5秒、2秒或1秒。例如，變性持 續時間可以不超過120秒、90秒、60秒、55秒、50秒、45秒、40秒、35秒、30秒、25秒、20秒、15秒、10秒、5秒、2秒或1秒。
延伸溫度可以根據例如所分析的特定生物樣品、生物樣品中靶核酸的特定來源(例如，病毒顆粒、細菌)、所使用的試劑和/或所期望的反應條件而變化。例如，延伸溫度可以為約30℃至約80℃。在一些示例中，延伸溫度可以為約35℃至約72℃。在一些示例中，延伸溫度可以為約40℃至約70℃。在一些示例中，延伸溫度可以為約45℃至約65℃。在一些示例中，延伸溫度可以為約35℃至約65℃。在一些示例中，延伸溫度可以為約40℃至約60℃。在一些示例中，延伸溫度可以為約50℃至約60℃。在另外其他的示例中，延伸溫度可至少為或約為35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃或80℃。
延伸持續時間可以根據例如所分析的特定生物樣品、生物樣品中靶核酸的特定來源(例如，病毒顆粒、細菌)、所使用的試劑和/或所期望的反應條件而變化。例如，延伸持續時間可以少於或等於300秒、240秒、180秒、120秒、90秒、60秒、55秒、50秒、45秒、40秒、35秒、30秒、25秒、20秒、15秒、10秒、5秒、2秒或1秒。例如，延伸持 續時間可以不超過120秒、90秒、60秒、55秒、50秒、45秒、40秒、35秒、30秒、25秒、20秒、15秒、10秒、5秒、2秒或1秒。
在所述多個方面的任何方面，可以進行多個迴圈的引物延伸反應。可以進行任何合適數目的迴圈。例如，進行的迴圈數可以少於約100、90、80、70、60、50、40、30、20、10或5個迴圈。進行的迴圈數可以取決於，例如，獲得可檢測的擴增產物(例如，指示在生物樣品中存在靶RNA的可檢測量的擴增DNA產物)所必需的迴圈數(例如，迴圈閾值(Ct))。例如，獲得可檢測的擴增產物(例如，指示在生物樣品中存在靶RNA的可檢測量的DNA產物)所必需的迴圈數可以少於約或為約100個迴圈、75個迴圈、70個迴圈、65個迴圈、60個迴圈、55個迴圈、50個迴圈、40個迴圈、35個迴圈、30個迴圈、25個迴圈、20個迴圈、15個迴圈、10個迴圈或5個迴圈。而且，在一些實施方式中，可檢測量的擴增產物(例如，指示在生物樣品中存在靶RNA的可檢測量的DNA產物)能夠以小於100、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5的迴圈閾值(Ct)獲得。
擴增產生指示存在所擴增的靶核酸的可檢測量的擴增產物所需的時間可以根據從中獲得靶核酸的生物樣品、將要進行的特定核酸擴增反應和所期望的擴增反應的特定迴圈數而變化。例如，靶核酸的擴增可以在120分鐘或更短、90分鐘或更短、60分鐘或更短、50分鐘或更短、45分鐘或更短、40分鐘或更短、35分鐘或更短、30分鐘或更短、25分 鐘或更短、20分鐘或更短、15分鐘或更短、10分鐘或更短或者5分鐘或更短的時段產生指示存在靶核酸的可檢測量的擴增產物。
在一些實施方式中，靶RNA的擴增可以在120分鐘或更短、90分鐘或更短、60分鐘或更短、50分鐘或更短、45分鐘或更短、40分鐘或更短、35分鐘或更短、30分鐘或更短、25分鐘或更短、20分鐘或更短、15分鐘或更短、10分鐘或更短或者5分鐘或更短的時段產生指示存在靶RNA的可檢測量的擴增DNA產物。
在一些實施方式中，可以使反應混合物經受多個系列的引物延伸反應。所述多個系列中的單個系列可以包括多個迴圈的特定引物延伸反應，該反應的特徵在於，例如，如本文其他各處所述的特定的變性和延伸條件。通常，例如，就變性條件和/或延伸條件而言，每個單個系列不同於所述多個系列中的至少一個其他單個系列。例如，就變性溫度、變性持續時間、延伸溫度和延伸持續時間中的任意一個、兩個、三個或全部四個而言，單個系列可以不同於所述多個系列中的另一個單個系列。而且，多個系列可以包括任何數目的單個系列，例如，至少為約或大約2、3、4、5、6、7、8、9、10個或更多個單個系列。
例如，多個系列的引物延伸反應可以包括第一系列和第二系列。第一系列，例如，可以包括超過十個迴圈的引物延伸反應，其中第一系列的每個迴圈包括(i)將反應混合物在約87℃至約95℃下溫育不超過30秒，隨後(ii)將反應混合物在約35℃至約65℃下溫育不超過約 一分鐘。第二系列，例如，可以包括超過十個迴圈的引物延伸反應，其中第二系列的每個迴圈包括(i)將反應混合物在約87℃至約95℃下溫育不超過30秒，隨後(ii)將反應混合物在約40℃至約60℃下溫育不超過約1分鐘。在這一具體示例中，第一系列和第二系列在它們的延伸溫度條件上不同。然而，該示例並非意在限制，因為可以使用不同延伸和變性條件的任意組合。
在一些實施方式中，靶核酸可以在引物延伸反應啟動之前經受變性條件。在多個系列的引物延伸反應的情況下，靶核酸可以在執行所述多個系列之前經受變性條件，或者可以在所述多個系列之間經受變性條件。例如，靶核酸可以在多個系列中的第一系列與第二系列之間經受變性條件。這樣的變性條件的非限制性示例包括變性溫度分佈(例如，一個或多個變性溫度)和變性劑。
進行多個系列的引物延伸反應的優點可能在於，與在相若的變性和延伸條件下的單一系列的引物延伸反應相比，多個系列的方法以較低的迴圈閾值產生指示在生物樣品中存在靶核酸的可檢測量的擴增產物。與在相若的變性和延伸條件下的單一系列相比，使用多個系列的引物延伸反應可以將這樣的迴圈閾值減少至少約或大約1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或95%。
在一些實施方式中，可以在進行引物延伸反應之前預加熱生物樣 品。預加熱生物樣品的溫度(例如，預熱溫度)和持續時間(例如，預熱持續時間)可以根據例如所分析的特定生物樣品而變化。在一些示例中，可以將生物樣品預加熱不超過約60分鐘、50分鐘、40分鐘、30分鐘、25分鐘、20分鐘、15分鐘、10分鐘、9分鐘、8分鐘、7分鐘、6分鐘、5分鐘、4分鐘、3分鐘、2分鐘、1分鐘、45秒、30秒、20秒、15秒、10秒或5秒。在一些示例中，可以在約80℃至約110℃的溫度下預加熱生物樣品。在一些示例中，可以在約90℃至約100℃的溫度下預加熱生物樣品。在一些示例中，可以在約87℃至約95℃的溫度下預加熱生物樣品。在一些示例中，可以在約90℃至約97℃，例如約92℃至約95℃的溫度下預加熱生物樣品。在一些示例中，可以在約87℃至約95℃的溫度下預加熱生物樣品。在另外其他的示例中，可以在高於或約80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃的溫度下預加熱生物樣品。
在所述多個方面的任何方面，完成方法的要素所需的時間可以根據該方法的具體步驟而變化。例如，用於完成方法的要素的時間量可以為約5分鐘到約120分鐘。在其他示例中，用於完成方法的要素的時間量可以為約5分鐘到約60分鐘。在其他示例中，用於完成方法的要素的時間量可以為約5分鐘到約30分鐘。在其他示例中，用於完成方法的要素的時間量可以小於或等於120分鐘，小於或等於90分鐘，小於 或等於75分鐘，小於或等於60分鐘，小於或等於45分鐘，小於或等於40分鐘，小於或等於35分鐘，小於或等於30分鐘，小於或等於25分鐘，小於或等於20分鐘，小於或等於15分鐘，小於或等於10分鐘，或者小於或等於5分鐘。
對來自經歷擴增的樣品的信號的檢測可以發生在整個過程中。檢測可以連續發生，或者在擴增過程期間的一個或多個點上發生。樣品可以在整個過程中發射光信號。光信號可以與樣品中擴增的靶核酸的量相關。信號可以由外部檢測器或者由本公開內容的裝置的檢測器檢測到。
熱區域
本公開內容的設備(例如，熱迴圈儀)可以用於進行本公開內容的一種或多種方法。本公開內容的設備可以包括一個或多個熱區域。熱區域可以維持在恒定溫度水準下或約恒定溫度水準下，諸如在約正或負5℃、4℃、3℃、2℃、1.2℃、1℃、0.7℃、0.5℃、0.3℃、0.1℃、0.05℃、0.01℃、0.005℃或0.001℃以內。溫度水準可以是目標溫度水準，諸如可用於反應步驟的溫度。例如，圖2示出使用第一目標溫度水準(例如，95℃)的第一過程步驟202和使用第二目標溫度水準(例如，55℃)的第二過程步驟204。溫度水準可以是過沖溫度水準，諸如比目標溫度水準更高或更低的溫度。例如，可以在將樣品加熱至95℃的第一目標溫度水準的過程中使用135℃的第一過沖溫度水準，並且可以在將樣品冷卻至55℃的第二目標溫度水準的過程中使用8℃的第二過沖溫度水 準。
設備可以包括恒定保持在相似的或不同的溫度水準下的多個熱區域。例如，設備可以包括四個熱區域，所述四個熱區域包括第一目標熱區域、對應的第一過沖熱區域、第二目標熱區域以及對應的第二過沖熱區域。設備可以包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10個或更多個熱區域。設備可以包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10個或更多個目標熱區域。設備可以包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10個或更多個過沖熱區域。一個過沖熱區域可以與一個或多個目標熱水平結合使用。例如，處於135℃的過沖熱區域可以用於將樣品加熱至70℃的第一目標溫度水準並且還可以用於將樣品加熱至95℃的第二目標溫度水準。
目標熱區域可以設定至目標溫度水準。目標溫度水準可以為約80℃至約100℃。例如，目標溫度水準可以為約87℃至約95℃。目標溫度水準可以為約90℃至約95℃。目標溫度水準可以為約92℃至約95℃。目標溫度水準可以高於或約為90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃。目標溫度水準可以為約40℃至約70℃。目標溫度水準可以為約50℃至約60℃。目標溫度水準可以高於或約為40℃、45℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或85℃。
過沖熱區域可以設定至過沖溫度水準。過沖溫度水準可以為約110℃至約140℃。過沖溫度水準可以為約125℃至約135℃。過沖溫 度水準可以高於或約為110℃、115℃、120℃、125℃、126℃、127℃、128℃、129℃、130℃、131℃、132℃、133℃、134℃、135℃、136℃、137℃、138℃、139℃、140℃、145℃或150℃。過沖溫度水準可以為約0℃至約35℃，例如，約0℃至約30℃。過沖溫度水準可以為約0℃至約20℃。過沖溫度水準可以為約5℃至約10℃。過沖溫度水準可以高於或約為0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃。在一些實施方式中，還可以採用過沖熱區域來使樣品體積維持在第一目標溫度水準和/或第二目標溫度水準。這可以例如通過使過沖熱區域和樣品體積在與彼此熱接觸和脫離熱接觸的狀態之間交替切換(諸如迅速切換)來實現。在一些實施方式中，過沖熱區域可以包括第一加熱模組和第二加熱模組，所述第一加熱模組和第二加熱模組被驅動以在斷開位置與閉合位置之間切換，從而在與樣品體積熱接觸和脫離熱接觸的狀態之間交替切換。
在一些情況下，設備可以包括保持在約92℃至約95℃的第一目標溫度水準下的第一目標熱區域、保持在約110℃至約140℃的第一過沖溫度水準下的第一過沖熱區域、保持在約40℃至約70℃的第二目標溫度水準下的第二目標熱區域以及保持在約0℃至約20℃的第二過沖溫度水準下的第二過沖熱區域。在一些情況下，設備可以包括保持在約 95℃的第一目標溫度水準下的第一目標熱區域、保持在約135℃的第一過沖溫度水準下的第一過沖熱區域、保持在約55℃的第二目標溫度水準下的第二目標熱區域以及保持在約8℃的第二過沖溫度水準下的第二過沖熱區域。
熱區域可以在整個熱迴圈操作中保持設定至特定的溫度水準。或者，熱區域可以在熱迴圈操作期間從一個溫度水準改變為另一溫度水準。熱區域可以在熱迴圈操作期間設定至1、2、3、4、5個或更多個不同的溫度水準。
設備可以利用傳導、對流、輻射或其組合來加熱和/或冷卻樣品。熱區域可以包括加熱塊、加熱模組和/或冷卻模組。例如，可以提供加熱塊，其可以直接接觸樣品，或者可以接觸包含樣品的樣品容器，從而與所述樣品熱接觸。可以使用熱塊，其包括但不限於液態金屬熱塊和固態金屬熱塊。可以用使用導熱流體的加熱系統。或者，可以不使用導熱流體。在一些情況下，可以為熱塊提供高密度的加熱和/或冷卻元件。在一些情況下，可以使用電力為熱迴圈器的加熱/冷卻系統進行電阻式加熱。可以使用其他技術，諸如感應加熱，來控制熱迴圈器的加熱/冷卻系統。在一些情況下，可以使用珀爾貼裝置(Peltier device)來加熱或冷卻熱迴圈器中的樣品。
設備可以包括熱區域之間的熱絕緣。熱絕緣可以用於防止或減少熱傳導，諸如熱區域之間或者熱區域與反應器皿之間的熱傳導。示例性 熱絕緣材料包括但不限於空氣或其他氣體、真空、泡沫、塑膠、玻璃、橡膠、紡織品(例如，紙、毛料品)、玻璃纖維或其他熱絕緣體。
熱區域可以包括凹痕、狹槽、孔洞、凹陷或其他被設計用於與樣品保持器相配合的形狀。這樣的設計可以提供熱區域與樣品保持器之間的改進的熱接觸。在其他情況下，所述熱區域可以是平坦的。在一些情況下，樣品保持器可以包括平坦平面，以接觸熱區域的平坦平面。
熱區域可以通過多種運動而與樣品體積(例如，反應器皿)熱接觸。熱區域可移動成與樣品體積相接觸，或者樣品體積可移動成與熱區域相接觸。在一些情況下，熱區域可以安裝在可移動元件上或以其他方式耦合至可移動元件，諸如臂(例如線性臂、旋轉臂)、帶、凸輪、盤、杆、導軌或輪。這樣的可移動元件可以由一個或多個馬達、彈簧或其他驅動元件驅動。在一些情況下，樣品體積(例如，樣品保持器或反應器皿中的樣品體積)可以安裝在可移動元件上或以其他方式耦合至可移動元件，諸如臂(例如線性臂、旋轉臂)、帶、凸輪、盤、杆、導軌或輪。這樣的可移動元件可以由一個或多個馬達、彈簧或其他驅動元件驅動。可以耦合或連結可移動元件以進行協調移動。可移動元件的移動可以由定時控制系統來控制，所述定時控制系統諸如為本公開內容中討論的那些系統。
移動可以遵循任何類型的路徑，包括但不限於線性路徑、曲線路徑和正弦曲線路徑。在一些示例中，相比於由線性運動提供的致動，用 於移動的曲線路徑可以提供更簡單且更快的致動。在一些示例中，用於移動的曲線路徑可以減少或消除對高精度控制的需要。在一些示例中，用於移動的曲線路勁可以減小所需的裝置體積。在一些情況下，樣品保持器保持靜止，而熱區域移動與該樣品保持器熱接觸和脫離熱接觸。在一些情況下，熱區域保持靜止，而樣品保持器移動與該熱區域熱接觸和脫離熱接觸。在一些情況下，樣品保持器和熱區域兩者移動以使所述樣品保持器與一個或多個熱區域熱接觸或脫離熱接觸。
樣品保持器可被配置成在正交於或大約正交於熱區域的方向上移動。例如，樣品保持器可以垂直移動，而熱區域水準運動。樣品保持器和熱區域的移動可以是同步的，以使得樣品保持器遠離熱區域而移動(例如，垂直地移動)，同時熱區域遠離樣品保持器而移動(例如，水準地移動)。
例如，圖3示出熱迴圈儀設備300的示意圖。該示例性熱迴圈儀包括安裝在第一旋轉臂305上的第一過沖熱區域301、安裝在第二旋轉臂上的第二過沖熱區域302、安裝在第三旋轉臂上的第一目標熱區域303以及安裝在第四旋轉臂上的第二目標熱區域304。所述旋轉臂可以各自包括掛鉤306並且連接至同步帶330。所述同步帶可以由同步帶驅動馬達331驅動，並且還可以驅動具有樣品保持器310的熱蓋，該樣品保持器310可以保持一個或多個反應器皿312(例如，PCR管)。熱區域可以包括管孔311，反應器皿可以裝配到管孔311中以便改進熱接觸。熱 迴圈儀還可以包括具有檢測器的光學模組320，並且所述光學模組可以由光學模組驅動馬達321驅動。圖4示出示例性熱迴圈儀的分解示意視圖，而圖5示出示例性熱迴圈儀的側視示意圖。
檢測器
所述裝置的檢測器可以在核酸擴增反應期間檢測信號。檢測器可以在不將樣品從裝置移除的情況下檢測信號。在各個方面，檢測器可以檢測擴增產物(例如，擴增的DNA產物、擴增的RNA產物)。對擴增產物(包括擴增的DNA)的檢測可以用任何合適的檢測方法來完成。所使用的檢測方法的具體類型可以取決於，例如，具體的擴增產物，用於擴增的反應器皿的類型，反應混合物中的其他試劑，反應混合物中是否包括報告劑以及如果使用報告劑，所使用的報告劑的特定類型。檢測方法的非限制性示例包括光學檢測、光譜檢測、靜電檢測和電化學檢測。光學檢測方法包括但不限於螢光測定法和紫外-可見光吸收。光譜檢測方法包括但不限於質譜法、核磁共振(NMR)波譜法和紅外光譜法。靜電檢測方法包括但不限於基於凝膠的技術，例如，凝膠電泳。電化學檢測方法包括但不限於在擴增產物的高效液相色譜分離後對擴增產物的電化學檢測。
檢測器可以安裝在可移動元件上，所述可移動元件諸如為本公開內容中所述的那些元件。檢測器可以由單獨的驅動馬達(例如，圖3中的321)驅動或者可以由馬達、帶或與其他可移動元件共用的其他驅動 元件所驅動。
檢測器可以包括一個圖像感測器或多個圖像感測器。圖像感測器可以能夠進行光學檢測。圖像感測器可以包括電荷耦合器件(CCD)感測器，包括冷卻的CCD。圖像感測器可以包括有源圖元感測器(APS)，諸如CMOS或NMOS感測器。檢測器可以包括鐳射感測器。檢測器可以包括光電二極體，諸如雪崩光電二極體。檢測器可以包括光電倍增管(PMT)。感測器可以包括單個感測器或者多個相同類型或不同類型的感測器。
檢測器可以檢測來自樣品的光信號。該光信號可以是來自樣品的螢光信號或其他發光信號。該光信號可以由樣品回應于向該樣品提供的刺激光而生成。刺激光可以由光源提供。光源可以包括燈，諸如白熾燈、鹵素燈、螢光燈、氣體放電燈、弧光燈或LED燈。光源可以包括鐳射。光源可以產生特定的波長或波長範圍，諸如UV。光源可以包括用於控制一個或多個輸出波長的濾波器。光源可以包括多個相同類型或不同類型的光源，其可單獨使用或結合使用。光源可以位於裝置內。在一些情況下，光可以被樣品吸收，並且樣品可以發射光。所發射的光可以處於與發射的光相同或不同的波長。在一些情況下，光信號可以是來自光源的光的反射。或者，光可以照射穿過樣品，而檢測器可以能夠檢測穿過樣品的光。
在樣品與檢測器之間可以提供光路。來自樣品的信號可以經由該 光路到達檢測器。來自樣品的光信號可以穿越光路以到達檢測器。光路可以包括樣品與檢測器之間的直接視線。在一些情況下，可以在樣品與檢測器之間提供一個或多個光學元件。光學元件的示例可以包括透鏡、反射鏡、棱鏡、漫射器、聚光器、濾光片、分色鏡(dichroics)、光纖或任何其他類型的光學元件。光路可以整個提供於裝置的外殼內。外殼可以將光路與周圍環境光學地隔離。例如，外殼可以是不透光的，使得在外殼內可以不提供或幾乎不提供可能干擾光路的干擾光信號。可以阻擋來自外殼之外的光以免進入外殼的內部。這可以有利地減小由檢測器檢測到的光信號的不準確性。在核酸擴增正在發生時，光路可以保持。檢測器可以能夠經由光路，在核酸擴增正在發生時連續地或定期地檢測來自樣品的信號。
在一些實施方式中，可以將關於擴增產物(例如，擴增的DNA產物)的存在和/或擴增產物量的資訊輸出至接收者。可以經由任何合適的途徑來輸出關於擴增產物的資訊。可以在核酸擴增正在進行時即時地提供這樣的資訊。在其他情況下，一旦核酸擴增已經完成，就可以提供所述資訊。在一些情況下，一些資料可以即時提供，而其他資訊可以在擴增一旦完成時就呈遞。
在一些實施方式中，此類資訊可口頭提供給接收者。在一些實施方式中，此類資訊可以在報告中提供。報告可以包括任何數目的期望元素，該元素的非限制性示例包括關於受試者的資訊(例如，性別、年齡、 種族、健康狀況等)、原始資料、經處理的資料(例如，圖形顯示(例如，圖、圖表、資料表、資料匯總)、確定的迴圈閾值、靶多核苷酸起始量的計算值)，關於是否存在靶核酸的結論，診斷資訊，預後資訊，疾病資訊等及其組合。該報告可以作為列印的報告(例如，硬拷貝)而提供，或者可以作為電子報告而提供。在一些實施方式(包括其中提供電子報告的情況)中，這樣的資訊可以經由電子顯示器輸出，所述電子顯示器諸如為監視器或電視、可操作地與用於獲得擴增產物的單元相連結的螢幕、平板電腦螢幕、移動裝置螢幕等。列印的報告和電子報告均可分別儲存在檔或資料庫中，以使得它們可被訪問以供與以後的報告進行比較。
而且，可以使用任何合適的通信介質(例如包括，網路連接、無線連接或網際網路連接)將報告傳送至本地位置或遠端位置處的接收者。在一些實施方式中，報告可以發送至接收者的裝置，諸如個人電腦、電話、平板電腦或其他裝置。所述報告可以被線上查看、保存在接收者的裝置上或列印。報告還可以由用於傳輸資訊的任何其他合適的途徑傳輸，所述途徑的非限制性示例包括郵寄硬拷貝報告以供接收者接收和/或以供接收者查看。
而且，這樣的資訊可以輸出至各種不同類型的接收者。這樣的接收者的非限制性示例包括從中獲得生物樣品的受試者、醫師、治療受試者的醫師、臨床試驗的臨床監視者、護士、研究人員、實驗室技術員、 製藥公司的代表、健康保健公司、生物技術公司、醫院、人類援助組織(human aid organization)、健康保健管理者、電子系統(例如，儲存例如受試者的醫療記錄的一個或多個電腦以及/或者一個或多個電腦伺服器)、公共衛生工作者、其他醫務人員和其他醫療設施。
功率單元
在一些情況下，可以使用低電壓來為裝置供能。例如，可以使用12V或更小的電壓來為裝置供能。所述低電壓可以用於為檢測器和熱迴圈器供能。可以使用低電壓用於熱迴圈。在一些實施方式中，所述低電壓可以小於或等於約60V、50V、48V、40V、30V、24V、20V、18V、16V、15V、14V、13V、12V、11V、10V、9V、8V、7V、6V、5V、4V、3V、2V或1V以進行熱迴圈。在一些情況下，可以使用小於或等於約50V、40V、30V、24V、20V、18V、16V、15V、14V、13V、12V、11V、10V、9V、8V、7V、6V、5V、4V、3V、2V或1V的低電壓來進行熱迴圈和檢測的組合。
在一些情況下，可以使用低水準的功率用於熱迴圈或者熱迴圈和檢測的組合。例如，可以使用約84W來進行熱迴圈和檢測。在一些情況下，低功率可以小於或等於約250W、200W、150W、130W、120W、110W、100W、90W、85W、84W、83W、80W、75W、70W、65W、60W、55W、50W、45W、40W、35W、30W、25W、20W、15W、10W、5W、1W、500mW、100mW、50mW、10mW、5mW或1mW。 用於運行裝置的功率的量可以小於或等於本文所述的任何值。或者，用於運行裝置的功率的量可以大於或等於本文所述的任何值。用於運行裝置的功率的量可以處於本文所述的任何兩個值之間的範圍中。用於運行熱迴圈器和檢測器的功率的量可以具有小於本文所述的任何值的總量。用於運行熱迴圈器和檢測器的功率的量可以具有大於本文所述的任何值的總量。用於運行熱迴圈器和檢測器的功率的量可以處於本文所述的任何兩個值之間的範圍中。
裝置還可以可操作地連結至儲能裝置。儲能裝置可以是電池組。電池組可以是可擕式電池組。電池組可以包括一個或多個電池。電池可以是電化學儲能裝置。例如，電池組可以包括單一電池單元或多個電池單元。電池可以是鋰基電池，諸如鋰離子電池。電池可以具有任何化學成分，包括但不限於鉛酸電池、閥控式鉛酸電池(例如，膠體電池、吸附式玻璃纖維氈電池)、鎳鎘(NiCd)電池、鎳鋅(NiZn)電池、鎳金屬氫化物(NiMH)電池或鋰離子(Li-ion)電池。
儲能裝置可以是所述裝置的一部分。在一個示例中，儲能裝置可以提供於裝置的外殼內。儲能裝置可以是可從裝置移除的，或者可以是裝置的組成部分。在一些情況下，儲能裝置可以放置在裝置的外殼內以及/或者從裝置的外殼內移除。儲能裝置可以被調換或替換。在一些情況下，儲能裝置可以是可再充電的。儲能裝置可以是在位於裝置內時可再充電的，或者可以被移除以進行再充電。
在另一示例中，儲能裝置可以直接附接至裝置，但不位於裝置的外殼內。例如，可以提供外部附接和/或連接。儲能裝置可以直接接觸裝置外殼。儲能裝置可以經由一個或多個連接器或機械緊固件而附接至裝置並就位。儲能裝置可以單獨地附接至裝置。例如，能量存儲可以附接至裝置和從裝置拆下。儲能裝置可以被調換。儲能裝置可以是可再充電的。儲能裝置可以是在附接至裝置時可再充電的，或者可以分離以進行再充電。
儲能裝置可以經由一個或多個連接器而電連接至裝置。例如，連接器可以是導線、線纜或其他導電通路。連接器可以是柔性導電通路。例如，儲能裝置可以插入到裝置中，或者反之亦然。儲能裝置和裝置可以彼此分離。對於裝置而言，可以調換不同的儲能裝置。例如，裝置可以插入到不同的儲能裝置中。儲能裝置可以是可再充電的。儲能裝置可以是在電連接至裝置時可再充電的，或者可以分離以進行再充電。可以在儲能裝置與裝置之間提供物理電連接。或者，儲能裝置可以無線地為裝置供能。
儲能裝置可以使用低電壓來為裝置供能。例如，儲能裝置可以提供不超過12V或本文其他各處所述的其他電壓值來為裝置供能。儲能裝置可以使用不超過總共12V(或者本文其他各處所述的任何其他電壓值)來為裝置的熱迴圈器和檢測器供能。還可以使用不超過總共12V來為裝置的其他元件(例如，輸入模組、輸出模組、光源或處理器)供能。
儲能裝置可以在對裝置充電時接收低電壓的功率。例如，可以使用不超過12V或本文其他各處所述的其他電壓值來對儲能裝置充電。儲能裝置能夠以與其所接收的電壓相同的電壓輸出能量。
在一些情況下，當能量正在從外部功率源進入時，可以直接從該外部功率源為裝置供能。在另一示例中，即使當能量正在從外部功率源進入時，也可以通過儲能裝置為裝置供能，並且該外部功率源可以用於對儲能裝置充電。在一些情況下，當儲能單元已被完全充電時，可以使用從外部功率源進入的能量來為裝置供能。
如前文所述，可以使用任何低電壓的功率來為裝置供能。類似地，可以使用任何低電壓的功率來對儲能裝置充電。任何提及的低電壓可以包括50V或更小、40V或更小、35V或更小、30V或更小、25V或更小、24V或更小、22V或更小、20V或更小、19V或更小、18V或更小、17V或更小、16V或更小、15V或更小、14V或更小、13.5V或更小、13V或更小、12.5V或更小、12V或更小、11.5V或更小、11V或更小、10.5V或更小、10V或更小、9.5V或更小、9V或更小、8V或更小、7V或更小、6V或更小、5V或更小、4V或更小、3V或更小、2V或更小、1V或更小、500mV或更小、200mV或更小、100mV或更小、50mV或更小、10mV或更小、5mV或更小或者1mV或更小的電壓。
裝置可以能夠在低功率下運行。任何元件的組合可以能夠在低功 率下運行。例如，熱迴圈器和檢測器可以能夠在組合的低功率下運行。熱迴圈器和檢測器以及輸入單元可以能夠在組合的低功率下運行。熱迴圈器、檢測器、輸入單元和輸出單元可以能夠在組合的低功率下運行。任何提及的低功率可以包括250W或更小、200W或更小、150W或更小、130W或更小、120W或更小、110W或更小、100W或更小、90W或更小、85W或更小、84W或更小、83W或更小、80W或更小、75W或更小、70W或更小、65W或更小、60W或更小、55W或更小、50W或更小、45W或更小、40W或更小、35W或更小、30W或更小、25W或更小、20W或更小、15W或更小、10W或更小、5W或更小、1W或更小、500mW或更小、100mW或更小、50mW或更小、10mW或更小、5mW或更小、1mW或更小的功率，或者本文其他各處所述的任何其他功率值。
對電池組的任何描述可以適用於任何其他類型的儲能裝置，並且反之亦然。電池組可以接收低電壓輸入。例如，低電壓輸入可以是12V或更小，或者本文其他各處所述的任何其他電壓。電壓輸入可以從外部功率源提供。在一些情況下，外部功率源可以是運載工具或設施中的充電埠。例如，可以使用電輸出口或其他類型的充電埠。在另一示例中，外部功率源可以是發電裝置。在一些情況下，發電裝置可以通過使用動能(例如，曲柄或發電機)、可再生能源(例如，太陽能、風能、水能、地熱能)、化學能、核能或任何其他類型的發電來源提供功率。外部功 率源可以包括並網功率源或離網功率源。電壓輸入可以是直流電(DC)和/或交流電(AC)。
電壓輸入可以提供至充電電路。充電電路可以與電流保護電路和電池電連通。充電電路和/或電流保護電路可以防止電池的過充電。例如，可以防止過電壓。充電電路和/或電流保護電路可以調控電池的充電。可以將單個電池或多個電池提供在電池組中。如果提供多個電池，則可以將它們串聯、並聯或以其任何組合連接起來。
電流保護電路和電池可以耦合至升壓轉換器和/或電壓調節器。在一個示例中，升壓轉換器可以包括電壓遞升。電壓遞升可以是直流電到直流電(DC-DC)。電壓調節器可以控制電池組以保持恒定的電壓。例如，升壓轉換器和電壓調節器可以允許來自電池組的電壓輸出保持恒定。電壓輸出可以是低電壓，諸如12V或更小，或者本文其他各處所述的任何其他電壓值。
在一些實施方式中，電壓輸入可以等於電壓輸出。電壓輸入可以是或者可以不是恒定的。電壓輸出可以保持恒定。電壓輸出可以是用於為裝置供能的電壓。電壓輸出可以是DC。
來自電池的輸出可以是在任何電流下。在一些示例中，輸出可以是在7安培(amp)下。電流值可以是最大電流值。在任何其他實施方式中，可以提供任何電流值，諸如約50A或更小、30A或更小、20A或更小、15A或更小、13A或更小、12A或更小、11A或更小、10A 或更小、9A或更小、8A或更小、7A或更小、6A或更小、5A或更小、4A或更小、3A或更小、2A或更小、1A或更小、500mA或更小、200mA或更小、100mA或更小、50mA或更小、10mA或更小、5mA或更小或者1mA或更小。在一種情況下，輸出可以是伴隨最大值7A的12V DC。
充電器功率可以是12V 7A的DC。充電器功率可以是12V 10A的DC。在一些情況下，充電器功率可以小於或等於約84W。在一些情況下，充電器功率可以小於或等於約200W、150W、120W、100W、90W、88W、85W、84W、83W、82W、80W、75W、70W、65W、60W、55W、50w、45W、40W、35W、30W、25W、20W、15W、10W、5W、3W、2W、1W、500mw、100mW、50mW、10mW、5mW或1mW。
電池組可以具有任何容量。例如，容量可以約為13.2Ah。在其他情況下，容量可以小於或等於約100Ah、50Ah、30Ah、25Ah、20Ah、17Ah、16Ah、15Ah、14Ah、13.5Ah、13Ah、12.5Ah、12Ah、11Ah、10Ah、9Ah、8Ah、7Ah、6Ah、5Ah、4Ah、3Ah、2Ah或1Ah。
電池組可需要任何時間量來變得完全充電。在一個示例中，充電時間(例如，從空電量至完全充電)可以約為5小時。在一些情況下，充電時間可以小於或等於約20小時、15小時、12小時、10小時、8小時、7小時、6.5小時、6小時、5.5小時、5小時、4.5小時、4小時、 3.5小時、3小時、2小時、1小時、45分鐘、30分鐘、20分鐘、15分鐘、10分鐘、8分鐘、7分鐘、6分鐘、5分鐘、3分鐘、2分鐘、1分鐘、45秒、30秒、15秒或10秒。在一些情況下，充電時間可以大於或等於本文所述的任何充電時間。充電時間可以處於本文所述的任何兩個值之間的範圍中。
電池組可以具有任何工作持續時間。工作持續時間可以包括電池組可從完全充電狀態運行至完全放電狀態的時間量。在一些情況下，工作持續時間可以小於充電時間。或者，工作持續時間可以大於或等於充電時間。工作持續時間可以約為4小時或更少。在一些情況下，工作持續時間可以小於或等於約20小時、15小時、12小時、10小時、8小時、7小時、6小時、5小時、4.5小時、4小時、3.5小時、3小時、2.5小時、2小時、1.5小時、1小時、45分鐘、30分鐘、20分鐘、15分鐘、10分鐘、8分鐘、7分鐘、6分鐘、5分鐘、3分鐘、2分鐘、1分鐘、45秒、30秒、15秒或10秒。在一些情況下，工作持續時間可以大於或等於本文所述的任何工作持續時間。工作持續時間可以處於本文所述的任何兩個值之間的範圍中。
可以為電池組提供任何尺寸。電池組可以是可擕式的。電池組可以能夠由人類搬運和攜帶。電池組可以能夠放置在汽車中。電池組可以具有不超過約200mm的最大尺寸(例如，長度、寬度、高度、對角線、直徑)。電池組可以具有不超過約1mm、3mm、5mm、7m、10mm、 15mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、100mm、120mm、150mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、250mm、270mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm、700mm或1m的最大尺寸。或者，電池組可以具有大於本文所述的任何尺寸值的最大尺寸。在一些情況下，電池組可以具有處於本文所述的任何兩個值之間的範圍中的最大尺寸。
可以為電池組提供任何占地面積。占地面積可以包括電池組的橫截面積。占地面積可以包括電池組在擱置于表面上時將會佔據的表面的面積。在一些情況下，電池組可以具有小於或等於約1cm2、5cm2、10cm2、15cm2、20cm2、25cm2、30cm2、40cm2、50cm2、60cm2、70cm2、80cm2、90cm2、100cm2、120cm2、150cm2、200cm2、250cm2、300cm2、350cm2、400cm2、500cm2、600cm2、700cm2、800cm2、900cm2、1000cm2、1200cm2、1500cm2、1700cm2或2000cm2的占地面積。電池組可以具有大於或等於本文所述的任何值的占地面積。電池組可以具有處於本文所述的任何兩個值之間的範圍中的占地面積。
電池組可以具有任何體積。在一些情況下，電池組可以具有約200mm x 200mm x 50mm的尺寸。電池組可以具有約2000cm3的體積。在一些情況下，電池可以具有小於約1cm3、5cm3、10cm3、15cm3、20cm3、25cm3、30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、120cm3、150cm3、200cm3、250cm3、300cm3、350cm3、400cm3、 500cm3、600cm3、700cm3、800cm3、900cm3、1000cm3、1200cm3、1500cm3、1700cm3、2000cm3、2200cm3、2500cm3、3000cm3、3500cm3、4000cm3、5000cm3、7000cm3或10,000cm3的體積。電池組可以具有大於本文所述的任何體積的體積。電池組可以具有處於本文所述的任何兩個值之間的範圍中的體積。
電池組可以具有任何品質。例如，電池組的重量可以小於或等於約1.65kg。電池組的重量可以小於或等於約1mg、10mg、100mg、1g、10g、100g、200g、300g、400g、500g、600g、700g、800g、900g、1kg、1.1kg、1.2kg、1.3kg、1.4kg、1.45kg、1.5kg、1.55kg、1.6kg、1.65kg、1.7kg、1.75kg、1.8kg、1.85kg、1.9kg、2kg、2.2kg、2.5kg、3kg、3.5kg、4kg、4.5kg、5kg、6kg、7kg、8kg、9kg或10kg。電池組的重量可以大於本文所述的任何值。電池組可以具有處於本文所述的任何兩個值之間的範圍內的重量。
如本文所述的電池組的任何尺寸或特性可以單獨地提供或彼此結合地提供。例如，任何尺寸、占地面積、體積和/或重量可以彼此結合以及/或者與本文所述的任何電壓、電流、功率、容量、充電時間和/或工作持續時間相結合。電池組可以具有本文所述的任何特性，同時被配置成向單獨地或組合地具有本文所述的任何特性和/或元件的、用於進行核酸擴增的裝置遞送功率。
外殼
熱迴圈儀和/或檢測器可以容納在外殼中。外殼可以部分地或完全地封閉裝置的元件。外殼可以橫向圍住裝置的元件以及/或者在頂部和底部上圍住裝置的元件。外殼可以是剛性結構。例如，外殼可以將熱迴圈器包含於其中。檢測器也可以包含在外殼內。在其他實現方式中，檢測器可以位於裝置的外殼之外。檢測器可以是裝置的組成部分。或者，檢測器可以是可從裝置移除或分離的。
圖10中示出熱迴圈儀的外殼的示例。圖10A示出外殼的外部包封的示例性俯視圖，而圖10B示出外殼的外部包封的示例性仰視圖。圖10C示出示例性熱迴圈儀的外殼1000的示例性立體視圖，所述熱迴圈儀包括位於基礎殼體1006之上的控制台1005，其中所述控制台1005可以包括開關按鈕1001、電子顯示器1035和蓋1002，並且其中基礎殼體1006可以包括電源埠1003和USB連接器1004。圖10D示出蓋1002打開的外殼頂部的示例性局部放大視圖，露出了並於基礎殼體1006的上部分上的樣品架1013和管孔1011，所述樣品架和所述管孔在蓋1002關閉時可以被覆蓋。
圖23中提供了外殼的另一示例。圖23A示出包括位於頂側上的開關按鈕2301、電子顯示器2302以及蓋2303的示例性熱迴圈儀的透視側視圖。圖23B和圖23C分別示出俯視圖和仰視圖。圖23D和圖23E分別示出前視圖和後視圖，而圖23F和圖23G分別示出左視圖和右視圖。
如可由圖23F所見，在外殼的左側，可以存在掃描元件2304，該掃描元件2304能夠掃描、檢測唯一地標識出正被處理的樣品和/或要進行的反應的標識單元或者與該標識單元通信，從而獲得關於所述樣品的資訊(例如，樣品源，疑包含在該樣品中的病毒/細菌等)和/或執行預定的熱迴圈方案以使特定靶核酸擴增。所述標識單元可以是標識號或條碼。備選地，所述標識單元可以是提供唯一的或可識別的RFID的射頻識別(RFID)單元。所述標識單元可以附接至反應器皿(例如，管)的外表面或包含在所要分析的樣品中。
用戶(例如，位於遠端地點的用戶，例如，遠離所述熱迴圈儀的使用者)可以利用電子設備(例如，蜂窩電話)掃描相同的標識單元(例如，相同的標識號或條碼)。在掃描和資訊處理之後，使用者介面可以出現在電子設備或可操作地連接至該電子設備的電腦中，如圖27A和圖27B中所示。所述使用者介面可以包括一個或多個圖形元素，所述一個或多個圖形元素可以包括標識號或條碼2701，其包含標識單元。使用者可以採用更多的圖形元素來輸入個人資訊和聯繫資訊，諸如姓名、性別、年齡、電子郵寄地址、電話號碼以及郵寄地址，使得包含擴增反應/檢測的詳細和/或簡化結果的報告(例如，通過電子郵件和/或短信發送的報告)可被提供給該用戶。
裝置可以具有不超過約15cm的最大尺寸(例如，長度、寬度、高度、對角線、直徑)。在一些情況下，裝置可以具有不超過10cm高 的外殼。在另一示例中，裝置可以具有長度不超過16cm的外殼。裝置可以具有不超過約1mm、3mm、5mm、7m、10mm、12mm、15mm、17mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、97mm、100mm、105mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、270mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm、700mm或1m的最大尺寸。或者，裝置可以具有大於本文所述的任何尺寸值的最大尺寸。在一些情況下，裝置可以具有處於本文所述的任何兩個值之間的範圍中的最大尺寸。
可以為裝置組提供任何占地面積。占地面積可以包括裝置的橫截面積。占地面積可以包括裝置在擱置于表面上時將會佔據的表面的面積。在一些情況下，裝置可以具有小於或等於約1cm2、5cm2、10cm2、15cm2、20cm2、25cm2、30cm2、40cm2、50cm2、60cm2、70cm2、80cm2、90cm2、100cm2、120cm2、150cm2、200cm2、250cm2、300cm2、350cm2、400cm2、500cm2、600cm2、700cm2、800cm2、900cm2、1000cm2、1200cm2、1500cm2、1700cm2或2000cm2的占地面積。裝置可以具有大於或等於本文所述的任何值的占地面積。裝置可以具有處於本文所述的任何兩個值之間的範圍中的占地面積。
裝置可以具有任何體積。在一些情況下，電池可以具有小於約1 cm3、5cm3、10cm3、15cm3、20cm3、25cm3、30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、120cm3、150cm3、200cm3、250cm3、300cm3、350cm3、400cm3、500cm3、600cm3、700cm3、800cm3、900cm3、1000cm3、1200cm3、1500cm3、1700cm3、2000cm3、2200cm3、2500cm3、3000cm3、3500cm3、4000cm3、4500cm3、5000cm3、5500cm3、6000cm3、7000cm3、8000cm3、9000cm3或10,000cm3的體積。裝置可以具有大於本文所述的任何體積的體積。裝置可以具有處於本文所述的任何兩個值之間的範圍中的體積。
裝置可以具有任何重量。例如，裝置的重量可以小於或等於約2kg。裝置的重量可以小於或等於約1mg、10mg、100mg、1g、10g、100g、200g、300g、400g、500g、600g、700g、800g、900g、1kg、1.1kg、1.2kg、1.3kg、1.4kg、1.45kg、1.5kg、1.55kg、1.6kg、1.65kg、1.7kg、1.75kg、1.8kg、1.85kg、1.9kg、2kg、2.1kg、2.2kg、2.5kg、2.7kg、3kg、3.5kg、4kg、4.5kg、5kg、6kg、7kg、8kg、9kg或10kg。裝置的重量可以大於本文所述的任何值。裝置可以具有處於本文所述的任何兩個值之間的範圍中的重量。
如本文所述的裝置的任何尺寸或特性可以單獨地或彼此結合地提供。例如，任何尺寸、占地面積、體積和/或重量可以彼此結合以及/或者與本文所述的任何電壓、電流、功率相結合。裝置可以具有本文所述的任何特性，同時被配置用於進行核酸擴增和/或對核酸擴增的即時檢測。 裝置可以是具有本文所述的任何尺寸同時能夠在低電壓的功率下運行的可擕式裝置。這可以有利地充分利用該裝置的便攜性，不僅在大小上，而且還有從寬範圍的功率源得到供能和/或具有更長的電池壽命的能力。
電腦控制系統
本公開內容提供了被程式設計用於實現本公開內容的方法的電腦控制系統。電腦控制系統可被配置或整合在本公開內容的裝置(例如，熱迴圈儀)內。圖9示出被程式設計或以其他方式配置用於控制熱迴圈器的運行並收集資料的電腦系統。電腦系統901可以調節本公開內容的熱迴圈器的各個方面，舉例而言，目標溫度水準、過沖溫度水準、緩變速率和時間、迴圈數目、目標溫度的保持時間和資料收集。電腦系統901可以是使用者的電子設備或相對於該電子設備位於遠端的電腦系統。該電子設備可以是移動電子設備。
電腦系統901包括中央處理單元(CPU，本文中亦稱為“處理器”和“電腦處理器”)905，其可以是一個單核或多核處理器或者多個處理器以供並行處理。電腦系統901還包括記憶體或存儲位置910(例如，隨機存取記憶體、唯讀記憶體、閃速記憶體)、電子存儲單元915(例如，硬碟)、用於與一個或多個其他系統通信的通信介面920(例如，網路介面卡)以及週邊設備925，諸如高速緩衝記憶體、其他記憶體、資料存儲和/或電子顯示卡。記憶體910、存儲單元915、介面920和週 邊設備925通過諸如主機板等通信匯流排(實線)與CPU 905相通信。存儲單元915可以是用於儲存資料的資料存儲單元(或資料儲存庫)。電腦系統901可以借助於通信介面920可操作地耦合至電腦網路(“網路”)930。網路930可以是網際網路、互聯網和/或外聯網，或者與網際網路相通信的內聯網和/或外聯網。在一些情況下，網路930是電信和/或資料網路。網路930可以包括一個或多個電腦伺服器，所述一個或多個電腦伺服器可以支援分散式運算，諸如雲計算。在一些情況下，網路930借助於電腦系統901可以實現對等網路，這可以使耦合至電腦系統901的設備能夠起到用戶端或伺服器的作用。
CPU 905可以執行一系列機器可讀指令，該電腦可讀指令可以體現在程式或軟體中。該指令可以儲存在諸如記憶體910等存儲位置中。該指令可以針對於CPU 905，CPU 905可以隨後程式設計或以其他方式配置CPU 905以實現本公開內容的方法。由CPU 905執行的操作的示例可以包括提取、解碼、執行和回寫。
CPU 905可以是諸如積體電路等電路的一部分。系統901的一個或多個其他元件可以包括在電路中。在一些情況下，該電路是專用積體電路(ASIC)。
存儲單元915可以儲存檔，諸如驅動程式、庫和保存的程式。存儲單元915可以儲存使用者資料，例如，使用者偏好和使用者程式。在一些情況下，電腦系統901可以包括一個或多個附加資料存儲單元，所 述附加資料存儲單元在電腦系統901外部，諸如位於通過內聯網或網際網路與電腦系統901相通信的遠端伺服器上。
電腦系統901可以通過網路930與一個或多個遠端電腦系統相通信。例如，電腦系統901可以與使用者的遠端電腦系統(例如，個人電子設備)相通信。遠端電腦系統的示例包括個人電腦(例如，可擕式PC)、平板或平板型PC(例如，Apple® iPad、Samsung® Galaxy Tab)、電話、智慧型電話(例如，Apple® iPhone、支援Android的設備、Blackberry®)或個人數位助理。使用者可以經由網路930訪問電腦系統901。
如本文所述的方法可以通過機器(例如，電腦處理器)可執行代碼的方式來實現，所述機器可執行代碼儲存在電腦系統901的電子存儲位置上，例如在記憶體910或電子存儲單元915上。機器可執行代碼或機器可讀代碼能夠以軟體的形式提供。在使用期間，該代碼可以由處理器905執行。在一些情況下，可以從存儲單元915檢索該代碼並將其儲存在記憶體910上以備由處理器905獲取。在一些情況下，可以排除電子存儲單元915，而將機器可執行指令儲存在記憶體910上。
該代碼可被預編譯並配置用於與具有適於執行該代碼的處理器的機器一起使用，或者可以在運行期間被編譯。該代碼能夠以程式設計語言來提供，可以選擇程式設計語言以使該代碼能夠以預編譯或即時編譯(as-compiled)的方式執行。
本發明提供的系統和方法的各方面，諸如電腦系統901，可以體 現在程式設計中。本技術的各個方面可以被認為是“產品”或“製品”，其一般為攜帶在一種類型的機器可讀介質上或在該介質中體現的機器(或處理器)可執行代碼和/或相關聯資料的形式。機器可執行代碼可以儲存在諸如記憶體(例如，唯讀記憶體、隨機存取記憶體、閃速記憶體)等電子存儲單元或硬碟上。“存儲”型介質可以包括電腦的任何或全部有形記憶體、處理器等，或者其相關聯模組，諸如各種半導體記憶體、磁帶驅動器、磁碟機等，其可在任何時間為軟體程式設計提供非暫時性存儲。該軟體的全部或部分有時可以通過網際網路或各種其他電信網路進行通信。這樣的通信，例如，可以使軟體能夠從一個電腦或處理器載入到另一電腦或處理器，例如，從管理伺服器或主機載入到應用伺服器的電腦平臺。因此，可以承載軟體元素的另一類型的介質包括光波、電波和電磁波，諸如跨本地設備之間的物理介面、通過有線和光學陸線網路以及通過各種空中鏈路而使用。攜帶諸如有線或無線鏈路、光學鏈路等這種波的物理元件，也可以被認為是承載軟體的介質。如本文所使用的，除非受限於非暫時性有形“存儲”介質，否則諸如電腦或機器“可讀介質”等術語是指參與向處理器提供指令以供執行的任何介質。
因此，機器可讀介質，諸如電腦可執行代碼，可以採取許多形式，包括但不限於：有形存儲介質、載波介質或物理傳輸介質。非易失性存儲介質例如包括光碟或磁片，諸如任何一個或多個電腦中的任何存放裝置等，諸如可以用於實現如附圖中所示的資料庫等。易失性存儲介質包 括動態儲存裝置器，諸如這樣的電腦平臺的主記憶體。有形傳輸介質包括同軸電纜；銅線和光纖，包括導線，所述導線包括電腦系統內的匯流排。載波傳輸介質可採取電信號或電磁信號或者聲波或光波的形式，諸在如射頻(RF)和紅外(IR)資料通信過程中產生的那些電信號或電磁信號或者聲波或光波。因此，電腦可讀介質的常見形式例如包括：軟碟、柔性盤、硬碟、磁帶、任何其他磁性介質、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光學介質、穿孔卡片紙帶、任何其他具有孔洞圖案的物理存儲介質、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他記憶體晶片或匣盒、傳送資料或指令的載波、傳送這樣的載波的電纜或鏈路，或者電腦可以從中讀取程式設計代碼和/或資料的任何其他介質。這些電腦可讀介質形式中的許多可以參與將一個或多個指令的一個或多個序列載送至處理器以供執行。
電腦系統901可以包括電子顯示器935或與之通信，該電子顯示器935包括用於提供例如溫度水準、熱迴圈方案條件和來自樣品體積的信號資料的使用者介面(UI)940。UI的示例包括但不限於圖形化使用者介面(GUI)和基於網路的使用者介面。
圖17A示出本發明的示例性熱迴圈儀設備包括的控制台1700的示例。控制台1700可以包括開關按鈕1701和電子顯示器1735。圖17B示出包括使用者介面(UI)1740的示例性電子顯示器1735。電子顯示器1735還可以包括一個或多個圖形元素1736(例如，這樣的圖形元素 可以包括圖像和/或文本資訊，諸如圖片、圖示和文本)。圖形元素在使用者介面上可以具有各種大小和定向。此外，電子顯示幕可以是任何合適的電子顯示器，包括本文其他各處所述的示例。電子顯示幕的非限制性示例包括監視器、移動設備螢幕、膝上型電腦螢幕、電視、可擕式視頻遊戲系統螢幕和計算器螢幕。在一些實施方式中，電子顯示幕可以包括觸控式螢幕(例如，電容式或電阻式觸控式螢幕)，以使得電子顯示幕的使用者介面上所顯示的圖形元素可以通過使用者觸摸該電子顯示幕而被選擇。在一個示例中，所述圖形元素可以是展示使用者身份(諸如普通用戶或管理員，如圖17B中示出的圖示1736所圖示)的圖示。
圖18示出包括多個圖形元素的示例使用者介面1840，例如，它可以包括可由用戶訪問用以執行返回至前一介面的方案的元素1842。它還可以包括可由使用者採用以輸入諸如密碼等資訊的圖形元素1841。
在一些實施方式中，圖形元素中的每一個可以與疾病或健康狀況相關聯，並且多個擴增方案中的給定擴增方案可以涉及測定所述疾病或健康狀況在受試者體內的存在。因此，在這樣的情況下，使用者可以選擇圖形元素以便運行擴增方案(或系列擴增方案)以測定特定的疾病或健康狀況。在一些實施方式中，疾病或健康狀況可以與單核苷酸多態性(SNP)(例如，SNP CYPC2C19)相關聯。在一些實施方式中，疾病或健康狀況可以與病毒相關聯，舉例而言，所述病毒諸如為任何RNA病毒或DNA病毒，其包括本文其他各處所述的這樣的病毒的示例。病 毒的非限制性示例包括人類免疫缺陷病毒I(HIV I)、人類免疫缺陷病毒II(HIV II)、正粘病毒、埃博拉病毒、登革病毒、流感病毒(例如，H1N1病毒、H3N2病毒、H7N9病毒或H5N1病毒)、肝炎病毒(hepevirus)、甲型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒(例如，具甲RNA-丙型肝炎病毒(RNA-HCV))、丁型肝炎病毒、戊型肝炎病毒、庚型肝炎病毒、EB病毒(Epstein-Barr virus)、單核細胞增多症病毒、巨細胞病毒、SARS病毒、西尼羅河熱病毒、脊髓灰質炎病毒、麻疹病毒、單純皰疹病毒、天花病毒、腺病毒(例如，腺病毒55型(ADV55)、腺病毒7型(ADV7))、甲型流感(FluA)病毒、A型呼吸道合胞病毒(RSVA)、B型呼吸道合胞病毒(RSVB)、麻疹病毒以及水痘病毒。在一些實施方式中，疾病或健康狀況可以與致病性的細菌(例如，結核分枝桿菌)或致病性的原生動物(例如，如瘧疾中的瘧原蟲)相關聯，包括本文其他各處所描述的這樣的病原體的示例。圖19中示出具有多個圖形元素的使用者介面的示例，所述多個圖形元素各自與給定的擴增方案相關聯。如圖19中所示，示例使用者介面1940包括對圖形元素1944的顯示。圖形元素1944中的每一個可以與特定疾病或健康狀況(例如，“ADV”腺病毒、“H1N1”表示H1N1病毒而“HCV”表示丙型肝炎病毒)相關聯，所述特定疾病或健康狀況進而與針對該特定疾病或健康狀況的一個或多個擴增方案相關聯。在使用者選擇(例如，當電子顯示器螢幕包括具有使用者介面1940的觸控式螢幕時，使用者觸摸)特定的圖形元素時， 與關聯於該圖形元素的疾病或健康狀況相關聯的(一個或多個)特定的擴增方案可以由相關聯的電腦處理器執行。例如，當用戶與描繪為“FluA”的圖形元素1944進行交互時，與針對甲型流感(FluA)病毒的測定相關聯的一個或多個擴增方案可以由相關聯的電腦處理器執行。使用者介面可以具有任何合適數目的圖形元素，每個圖形元素對應於特定疾病或健康狀況。而且，雖然圖19的使用者介面1940中示出的每個圖形元素僅與一種疾病或健康狀況相關聯，但使用者介面的每個圖形元素亦可與一種或多種疾病或健康狀況相關聯，以使得相關聯的電腦處理器在使用者選擇該圖形元素時執行一系列擴增方案(例如，每一單個擴增方案針對特定的疾病或健康狀況)。例如，圖形元素可以對應於埃博拉病毒和H1N1病毒，以使得對該圖形元素的選擇導致相關聯的電腦處理器執行針對埃博拉病毒和H1N1病毒兩者的擴增方案。另外，使用者介面1940還可以包括可由用戶訪問用以返回至前一頁面或轉至下一頁面的元素1943。
圖20示出包括多個圖形元素的另一示例使用者介面2040。例如，它可以包括可由用戶訪問用以調整具體反應參數的元素2045，所述具體反應參數諸如為光學檢測通道、溫育溫度、溫育時間、變性溫度和變性時間與退火溫度和退火時間、擴增迴圈數以及實驗結果的測量。它還可以包括可由用戶訪問用以改變(例如，增大和/或減小)某些反應參數的圖形元素2046。
圖21示出用於運行擴增實驗的另一示例使用者介面2140。例如，它可以包括可由用戶訪問用以保存實驗結果的元素2147。它還可以包括可由用戶訪問用以分別啟動和停止擴增方案的元素2148和2149。
圖22A-圖22C提供了使用者介面的示例，其示出描繪了核酸擴增反應的結果的曲線圖。
本發明的一方面提供了一種用於擴增從受試者獲得的生物樣品中的靶核酸的系統。該系統可以包括電子顯示幕，該電子顯示幕包括顯示圖形元素的使用者介面，所述圖形元素可由使用者訪問用以執行擴增方案，以使該生物樣品中的靶核酸擴增。該系統還可以包括電腦處理器，該電腦處理器耦合至電子顯示幕並且被程式設計用於在由使用者選擇圖形元素時執行擴增方案。所述擴增方案可以包括使包含生物樣品和進行核酸擴增所必需的試劑的反應混合物經受多個系列的引物延伸反應以生成指示靶核酸在所述生物樣品中的存在的擴增產物。每個系列的引物延伸反應可以包括以下的一個或多個迴圈：在由變性溫度和變性持續時間表征的變性條件下溫育反應混合物，接著是在由延伸溫度和延伸持續時間表征的延伸條件下溫育反應混合物。就變性條件和/或延伸條件而言，單個系列可以不同於所述多個系列中的至少一個其他單個系列。
在一些實施方式中，擴增方案還可以包括選擇針對靶核酸的引物組。在一些實施方式中，試劑可包含去氧核糖核酸(DNA)聚合酶以及針對所述靶核酸的引物組。在一些情況下，試劑還可包含逆轉錄酶。在 一些實施方式中，使用者介面可以顯示多個圖形元素。所述圖形元素中的每一個可以與多個擴增方案之中的給定擴增方案相關聯。在一些實施方式中，所述圖形元素中的每一個可以與疾病或健康狀況相關聯。多個擴增方案之中的給定擴增方案可以涉及測定所述疾病或健康狀況在受試者體內的存在。在一些實施方式中，疾病或健康狀況可以與單核苷酸多態性(SNP)(例如，SNP CYPC2C19)相關聯。在一些實施方式中，疾病或健康狀況可以與病毒相關聯，舉例而言，所述病毒諸如為RNA病毒或DNA病毒。在一些實施方式中，所述病毒可以選自人類免疫缺陷病毒I(HIV I)、人類免疫缺陷病毒II(HIV II)、正粘病毒、埃博拉病毒、登革病毒、流感病毒、肝炎病毒、甲型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、丁型肝炎病毒、戊型肝炎病毒、庚型肝炎病毒、EB病毒、單核細胞增多症病毒、巨細胞病毒、SARS病毒、西尼羅河熱病毒、脊髓灰質炎病毒、麻疹病毒、單純皰疹病毒、天花病毒、腺病毒、甲型流感病毒、A型呼吸道合胞病毒(RSVA)、B型呼吸道合胞病毒(RSVB)、麻疹病毒以及水痘病毒。在一些實施方式中，流感病毒可以選自H1N1病毒(諸如sH1N1和pH1N1病毒)、H3N2病毒、H7N9病毒和H5N1病毒。在一些實施方式中，腺病毒可以是腺病毒55型(ADV55)或腺病毒7型(ADV7)。在一些實施方式中，丙型肝炎病毒可以是具甲RNA-丙型肝炎病毒(RNA-HCV)。在一些實施方式中，疾病或健康狀況可以與致病性的細菌(例如，結核分枝桿菌)或致病性 的原生動物(例如，瘧原蟲)相關聯。
在一些實施方式中，靶核酸可以與疾病或健康狀況相關聯。在一些實施方式中，擴增方案可以涉及基於擴增產物的存在而測定疾病或健康狀況的存在。在一些實施方式中，疾病或健康狀況可以與單核苷酸多態性(SNP)(例如，SNP CYPC2C19)相關聯。在一些實施方式中，疾病或健康狀況可以與病毒相關聯，舉例而言，所述病毒諸如為RNA病毒或DNA病毒。在一些實施方式中，所述病毒可以選自人類免疫缺陷病毒I(HIV I)、人類免疫缺陷病毒II(HIV II)、正粘病毒、埃博拉病毒、登革病毒、流感病毒、肝炎病毒、甲型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、丁型肝炎病毒、戊型肝炎病毒、庚型肝炎病毒、EB病毒、單核細胞增多症病毒、巨細胞病毒、SARS病毒、西尼羅河熱病毒、脊髓灰質炎病毒、麻疹病毒、單純皰疹病毒、天花病毒、腺病毒、甲型流感病毒、A型呼吸道合胞病毒(RSVA)、B型呼吸道合胞病毒(RSVB)、麻疹病毒以及水痘病毒。在一些實施方式中，流感病毒可以選自H1N1病毒、H3N2病毒、H7N9病毒和H5N1病毒。在一些實施方式中，腺病毒可以是腺病毒55型(ADV55)或腺病毒7型(ADV7)。在一些實施方式中，丙型肝炎病毒可以是具甲RNA-丙型肝炎病毒(RNA-HCV)。在一些實施方式中，疾病或健康狀況可以與致病性的細菌(例如，結核分枝桿菌)或致病性的原生動物(例如，瘧原蟲)相關聯。
在本發明的另一方面，本發明提供了一種用於擴增從受試者獲得的生物樣品中存在的靶核酸的系統。該系統可以包括輸入模組，該輸入模組接收擴增所述生物樣品中的所述靶核酸的用戶請求。該系統還可以包括擴增模組，該擴增模組回應於使用者請求而在由樣品保持器保持的反應器皿中接收反應混合物，該反應混合物包含生物樣品和用於進行核酸擴增所必需的試劑，所述試劑包含(i)DNA聚合酶以及在一些情況下包含逆轉錄酶，以及(ii)針對所述靶核酸的引物組。所述擴增模組還可以使反應器皿中的反應混合物經受多個系列的引物延伸反應以生成指示靶核酸在所述生物樣品中的存在的擴增產物。每個系列可以包括在針對下列各項的一個或多個迴圈的至少兩個目標溫度水準之間迴圈：(a)放置所述樣品保持器與第一過沖熱區域熱接觸以實現第一目標溫度水準；以及(b)放置所述樣品保持器與第二過沖熱區域熱接觸以實現第二目標溫度水準；其中所述第一過沖熱區域處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，而所述第二過沖熱區域處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下。在各個方面，每個所述系列可以包括進行如本申請中所描述的任何方法。所述系統還可以包括輸出模組，該輸出模組可操作地耦合至所述擴增模組，其中所述輸出模組向接收者輸出關於所述靶核酸或所述擴增產物的資訊。在某些實施方式中，擴增模組可以是如本文所公開的任何設備。
在另一方面，本發明提供了一種用於擴增從受試者獲得的生物樣 品中的靶核酸的系統。該系統可以包括電子顯示幕，該電子顯示幕包括顯示圖形元素的使用者介面，所述圖形元素可由使用者訪問用以執行擴增方案，以擴增該生物樣品中的靶核酸。該系統還可以包括電腦處理器，該電腦處理器耦合至電子顯示幕並且被程式設計用於在由使用者選擇圖形元素時執行擴增方案。所述擴增方案可以執行如本申請中所述的任何方法。例如，所述擴增方案可以包括使包含於由樣品保持器保持的反應器皿中的、包含所述生物樣品和進行核酸擴增所必需的試劑的反應混合物經受多個系列的引物延伸反應以生成指示所述靶核酸在所述生物樣品中的存在的擴增產物。每個系列可以包括在針對下列各項的一個或多個迴圈的至少兩個目標溫度水準之間迴圈：(a)放置所述樣品保持器與第一過沖熱區域熱接觸以實現第一目標溫度水準；以及(b)放置所述樣品保持器與第二過沖熱區域熱接觸以實現第二目標溫度水準；其中所述第一過沖熱區域處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，而所述第二過沖熱區域處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下。
在一些實施方式中，擴增方案還可以包括選擇針對靶核酸的引物組。在一些實施方式中，所述試劑可以包含(i)去氧核糖核酸(DNA)聚合酶以及在一些情況下包含逆轉錄酶，和(ii)針對所述靶核酸的引物組。在一些實施方式中，所述使用者介面可以顯示多個圖形元素，其中所述圖形元素中的每一個與多個擴增方案之中的給定擴增方案相關聯。在一些實施方式中，圖形元素中的每一個可以與疾病或健康狀況相 關聯，並且其中多個擴增方案中的給定擴增方案可以涉及測定所述疾病或健康狀況在受試者體內的存在。
在一些實施方式中，疾病或健康狀況可以與病毒相關聯，所述病毒諸如為RNA病毒和/或DNA病毒。在一些實施方式中，所述病毒可以選自人類免疫缺陷病毒I(HIV I)、人類免疫缺陷病毒II(HIV II)、正粘病毒、埃博拉病毒、登革病毒、流感病毒、肝炎病毒、甲型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、丁型肝炎病毒、戊型肝炎病毒、庚型肝炎病毒、EB病毒、單核細胞增多症病毒、巨細胞病毒、SARS病毒、西尼羅河熱病毒、脊髓灰質炎病毒、麻疹病毒、單純皰疹病毒、天花病毒、腺病毒、甲型流感病毒、A型呼吸道合胞病毒(RSVA)、B型呼吸道合胞病毒(RSVB)、麻疹病毒、水痘病毒、H1N1病毒、H3N2病毒、H7N9病毒、H5N1病毒、腺病毒55型(ADV55)、腺病毒7型(ADV7)以及具甲RNA-丙型肝炎病毒(RNA-HCV)。
在一些實施方式中，疾病或健康狀況可以與致病性的細菌或致病性的原生動物(諸如結核分枝桿菌或瘧原蟲)相關聯。
在各個方面，所述系統可以包括輸入模組，該輸入模組接收使直接從受試者獲得的生物樣品中存在的靶核酸(例如，靶RNA、靶DNA)擴增的用戶請求。可以使用任何能夠接受這樣的使用者請求的合適模組。該輸入模組可包括，例如，包含一個或多個處理器的設備。包含處理器(例如，電腦處理器)的設備的非限制性示例包括：臺式電腦、膝上型 電腦、平板電腦(例如，Apple® iPad、Samsung® Galaxy Tab)、蜂窩電話、智慧型電話(例如，Apple® iPhone、支援Android®的電話)、個人數位助理(PDA)、視頻遊戲控制台、電視、音樂播放設備(例如，Apple® iPod)、視頻播放設備、尋呼機和計算器。處理器可以與一個或多個控制器、計算單元和/或電腦系統的其他單元相關聯，或者在需要時植入固件中。如果在軟體中實現，則常式(或程式)可以儲存在任何電腦可讀記憶體中，所述電腦可讀記憶體諸如為RAM、ROM、閃速記憶體、磁片、雷射盤或其他存儲介質。同樣地，該軟體可以經由任何已知的傳送方法傳送到設備，所述傳送方法包括，例如，通過通信通道，諸如電話線、網際網路、本地內聯網、無線連接等，或者經由可擕式介質，諸如電腦可讀磁片、閃盤驅動器等。各個步驟可以作為各種區塊、操作、工具、模組或技術而實現，所述區塊、操作、工具、模組或技術進而可以在硬體、固件、軟體或其任意組合中實現。當在硬體中實現時，這些區塊、操作、技術等中的一些或全部可以在例如定制積體電路(IC)、專用積體電路(ASIC)、現場可程式設計邏輯陣列(FPGA)、可程式設計邏輯陣列(PLA)等中實現。
在一些實施方式中，輸入模組被配置用於接收使用者請求以進行靶核酸擴增。輸入模組可以直接地(例如，通過輸入裝置，諸如由使用者操作的鍵盤、滑鼠或觸控式螢幕)或間接地(例如，通過有線或無線連接，包括通過網際網路)接收用戶請求。輸入模組可以經由輸出電子 器件向擴增模組提供使用者的請求。在一些實施方式中，輸入模組可以包括使用者介面(UI)，諸如圖形化使用者介面(GUI)，該使用者介面被配置成支援使用者提供使靶核酸擴增的請求。GUI可以包括文本、圖形和/或音訊元件。GUI可以提供於電子顯示器上，包括含有電腦處理器的設備的顯示器。這樣的顯示器可以包括電阻式或電容式觸控式螢幕。
本公開內容的方法和系統可以通過一種或多種演算法的方式來實現。在由中央處理單元905執行時，演算法可以通過軟體的方式實現。所述演算法例如可以計算定時和運動以執行程式設計的熱迴圈方案，或者收集和處理來自樣品體積的資料(例如，螢光資料)。
所述系統還可以包括唯一標識出該系統的標識單元。所述標識單元可由使用者的電子設備檢測到。在使用期間，標識單元可由所述電子設備檢測到以標識所述系統，並且在標識出所述系統時，可以將執行擴增的請求從所述電子設備導向所述系統。所述標識單元可以是標識號或條碼。備選地，所述標識單元可以是提供唯一的或可識別的RFID的射頻識別(RFID)單元。所述標識單元可以附接至反應器皿(例如，管)的外表面、包含在所要分析的樣品中和/或包含在提供給用戶的收據中。
用戶(例如，位於遠端地點的用戶，例如，遠離所述熱迴圈儀的使用者)可以利用電子設備(例如，蜂窩電話)掃描標識單元(例如，標識號或條碼)。在掃描和資訊處理之後，使用者介面可以出現在電子 設備或可操作地連接至該電子設備的電腦中，如圖27A和圖27B中所示。所述使用者介面可以包括一個或多個圖形元素，所述一個或多個圖形元素可以包括標識單元所包含的標識號或條碼2701。使用者可以採用更多的圖形元素來輸入個人資訊和聯繫資訊，諸如姓名、性別、年齡、電子郵寄地址、電話號碼以及郵寄地址，使得包含擴增反應/檢測的詳細和/或簡化結果的報告(例如，通過電子郵件和/或短信發送的報告)可被提供給該用戶。
實施例 實施例1-快速熱迴圈
用戶將包括DNA樣品、PCR試劑和嵌入染料的20個樣品體積載入到熱迴圈儀的樣品保持器中。每個樣品體積為20mL。熱迴圈儀的定時控制系統控制樣品保持器和安裝在旋轉臂上的四個熱區域的運動。熱迴圈儀開始使所述樣品體積熱迴圈。在每個熱迴圈中，發生以下情況：
A)樣品保持器向下移動，而保持在135℃的恒定溫度下的第一過沖熱區域水平移入，以使得所述樣品保持器和所述第一過沖熱區域開始彼此熱接觸。將所述樣品保持器中的樣品體積加熱至約95℃。所述樣品保持器向上移動，而所述第一過沖熱區域水平移出。
B)樣品保持器第二次向下移動，而保持在95℃的恒定溫度下的第一目標熱區域水平移入，以使得所述樣品保持器和所述第一目標熱區 域開始彼此熱接觸。所述樣品保持器中的樣品體積維持在約95℃。所述樣品保持器向上移動，而所述第一目標熱區域水平移出。
C)樣品保持器第三次向下移動，而保持在8℃的恒定溫度下的第二過沖熱區域水平移入，以使得所述樣品保持器和所述第二過沖熱區域開始彼此熱接觸。將所述樣品保持器中的樣品體積冷卻至約55℃。所述樣品保持器向上移動，而所述第二過沖熱區域水平移出。
D)樣品保持器第四次向下移動，而保持在55℃的恒定溫度下的第二目標熱區域水平移入，以使得所述樣品保持器和所述第二目標熱區域開始彼此熱接觸。所述樣品保持器中的樣品體積維持在約55℃。所述樣品保持器向上移動，而所述第二目標熱區域水平移出。
進行步驟A到步驟D完成了一個熱迴圈，這在2秒內發生。進行5個熱迴圈，並且熱迴圈儀的檢測器檢測來自所述樣品體積的、指示出核酸擴增的螢光信號。將所述信號傳輸至電腦並記錄作為資料。進行附加的熱迴圈，並且從每個樣品體積收集螢光信號資料。將該資料標繪成信號強度對熱迴圈數，顯示在螢幕上並列印作為報告。
實施例2-金屬浴恒溫區域
200微升(μL)的PCR樣品管載入有包含室溫下的樣品和PCR試劑的50μL液體溶液。配置四個金屬浴熱區域如下：恒定保持在135℃的第一過沖熱區域、恒定保持在95℃的第一目標熱區域、恒定保持在8℃的第二過沖熱區域和恒定保持在55℃的第二目標熱區域。在第一過 沖熱區域、第一目標熱區域、第二過沖熱區域與第二目標熱區域之間的迴圈中移動PCR管。該PCR管及其內容物以約7℃/秒的速率在95℃與55℃的目標溫度水準之間加熱和冷卻。
實施例3-來自機動車電源的操作
使用者將熱迴圈儀設備帶到機動車中。使用者將熱迴圈儀設備的電源插入到機動車的點煙器電源適配器中。該用戶將樣品和試劑載入到熱迴圈儀設備中，該熱迴圈儀設備進行混合以形成反應混合物。使用者設定該熱迴圈儀設備運行。所述熱迴圈儀設備從機動車獲取功率並且使反應混合物的溫度迴圈。使所述樣品擴增並記錄所述擴增的結果。
實施例4-遠端監視
使用者將樣品和試劑載入到熱迴圈儀設備中。使用者用該熱迴圈儀設備引發擴增反應。使用者從所述熱迴圈儀設備行進至單獨的位置。該使用者可以在遠端監視設備上查看擴增過程的即時圖像。
實施例5-遠端控制
使用者將樣品和試劑載入到熱迴圈儀設備中。使用者用該熱迴圈儀設備引發擴增反應。使用者從行進至與所述熱迴圈儀設備分隔的位置。該使用者從遠端裝置向熱迴圈儀設備發送命令或指令，指示其停止所述擴增。
實施例6-具有兩個區域的單一管的快速熱迴圈
用戶將包括DNA樣品和/或RNA樣品、PCR試劑和嵌入染料的單 一樣品體積載入到熱迴圈儀的樣品保持器中。熱迴圈儀的定時控制系統控制安裝於由轉向引擎驅動的擺臂上的樣品保持器以及由步進馬達驅動的兩個熱區域的運動。熱迴圈儀開始使所述樣品體積熱迴圈。在每個熱迴圈中，發生以下情況：
A)構成了保持在恒定溫度8℃下的冷卻過沖熱區域的第一冷卻模組和第二冷卻模組沿反方向水準移動遠離樣品保持器以到達斷開位置，以使得所述樣品體積和所述冷卻模組不與彼此熱接觸。
B)用擺臂使所述樣品保持器擺動至加熱過沖熱區域中以及第一加熱模組與第二加熱模組之間，其中所述第一加熱模組和所述第二加熱模組處於斷開位置中而所述加熱過沖熱區域保持在135℃的恒定溫度下。
C)所述加熱過沖熱區域的所述第一加熱模組和所述第二加熱模組朝向所述樣品保持器水準移動以到達閉合位置，使得所述第一加熱模組和所述第二加熱模組包圍所述樣品體積並與之熱接觸。將所述樣品體積加熱至約95℃。
D)在一些情況下，如果期望使所述樣品體積在95℃的恒定溫度下保持一段時間長度，則所述第一加熱模組和所述第二加熱模組交替地遠離和朝向所述樣品保持器水準移動以在斷開位置與閉合位置之間切換，從而當檢測到的溫度低於約95℃時與所述樣品體積熱接觸，而當檢測到的溫度高於約95℃時與所述樣品體積脫離熱接觸。
E)所述第一冷卻模組和所述第二冷卻模組沿反方向水準移動遠離 所述樣品保持器以到達斷開位置，以使得所述樣品體積和所述加熱模組不與彼此熱接觸。
F)用所述擺臂使所述樣品保持器擺動至冷卻過沖熱區域中以及第一冷卻模組與第二冷卻模組之間，其中所述第一冷卻模組和所述第二冷卻模組處於斷開位置中。
G)保持在8℃的恒定溫度下的冷卻過沖熱區域的第一冷卻模組和第二冷卻模組朝向所述樣品保持器水準移動以到達閉合位置，使得所述第一冷卻模組和所述第二冷卻模組包圍所述樣品體積並與之熱接觸。將所述樣品體積冷卻至約55℃。
進行步驟A)到步驟G)完成了一個熱迴圈，這在2秒內發生。進行5個熱迴圈，並且熱迴圈儀的檢測器檢測來自所述樣品體積的、指示出核酸擴增的螢光信號。將所述信號傳輸至電腦並記錄作為資料。進行附加的熱迴圈，並且從每個樣品體積收集螢光信號資料。將該資料標繪成信號強度對熱迴圈數，顯示在螢幕上並列印作為報告。
如果期望在步驟G)之後使所述樣品體積在55℃的恒定溫度下保持一段時間長度，則執行步驟A)和步驟B)，隨後執行步驟H)，其中所述第一加熱模組和所述第二加熱模組交替地遠離和朝向所述樣品保持器水準移動以在斷開位置與閉合位置之間切換，從而當檢測到的溫度低於約55℃時與所述樣品體積熱接觸，而當檢測到的溫度高於約55℃時與所述樣品體積脫離熱接觸。繼而，繼續步驟C)以將所述樣品 體積加熱至約95℃。
實施例7-對血液樣品中的乙型肝炎病毒的擴增和檢測
在室溫下向PCR樣品管中載入液體溶液，該液體溶液含有疑包含HBV的血液樣品和PCR試劑。使用本公開內容的熱迴圈器(例如，如示例6中描述的熱迴圈器)來執行以下擴增方案：1)在約115℃的第一過沖溫度下加熱樣品，直到達到約94℃的第一目標溫度；2)繼而在約20℃的第二過沖溫度下冷卻樣品，直到達到約48℃的第二目標溫度；以及3)重複操作1)和操作2)達45個迴圈。如圖28中所示，成功檢測到靶HBV。
實施例8-對丙型肝炎病毒(HCV)的擴增和檢測
在室溫下向PCR樣品管中載入液體溶液，該液體溶液含有包含HCV假病毒的樣品(圖29A)或疑包含HCV的血液樣品(圖29B)以及PCR試劑。使用本公開內容的熱迴圈器(例如，如示例6中描述的熱迴圈器)來執行以下擴增方案：1)在約120℃的第一過沖溫度下加熱樣品，直到達到約87℃的第一目標溫度；2)繼而在約20℃的第二過沖溫度下冷卻樣品，直到達到約50℃的第二目標溫度；以及3)重複操作1)和操作2)達45個迴圈。如圖29中所示，從HCV假病毒樣品(圖29A)和血液樣品(圖29B)兩者中成功檢測到靶HCV。
實施例9-對單核苷酸多態性(SNP)CYPC2C19的檢測
在室溫下向PCR樣品管中載入液體溶液，該液體溶液含有疑包含 核酸分子(該核酸分子含有SNP CYPC2C19)的人類血液樣品和PCR試劑。使用本公開內容的熱迴圈器(例如，如示例6中描述的熱迴圈器)來執行以下擴增方案：1)在約115℃的第一過沖溫度下加熱樣品，直到達到約94℃的第一目標溫度；2)繼而在約20℃的第二過沖溫度下冷卻樣品，直到達到約48℃的第二目標溫度；以及3)重複操作1)和操作2)達45個迴圈。如圖30中所示，成功檢測到靶SNP CYPC2C19。
雖然本文已經示出和描述了本發明的優選實施方式，但對於本領域技術人員顯而易見的是，這樣的實施方式只是通過示例的方式而提供的。本文並不旨在通過說明書中提供的特定示例來限制本發明。儘管已經參考前述說明書描述了本發明，但本文的實施方式的描述和圖示不應以限制性的意義來解釋。本領域技術人員現將想到許多更改、改變和替換，而不會偏離本發明。此外，應當理解，本發明的所有方面並不限於本文闡述的特定描繪、配置或相對比例，而是取決於多種條件和變數。應當理解，在實施本發明的過程中可以採用本文所述的本發明實施方式的各種替代方案。因此可以設想，本發明還應當覆蓋任何這樣的替代、修改、更改或等同物。以下權利要求旨在限定本發明的範圍，且因此覆蓋這些權利要求及其等效項的範圍內的方法和結構。
100‧‧‧熱迴圈器裝置
101‧‧‧第一熱過沖區域
102‧‧‧第二熱過沖區域
110‧‧‧樣品保持器
120‧‧‧檢測器

Claims (101)

  1. 一種對包含於樣品保持器中的樣品進行化學反應的方法，所述反應需要在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，所述方法包括：(a)放置所述樣品保持器與第一過沖熱區域熱連通以實現第一目標溫度水準；(b)放置所述樣品保持器與第二過沖熱區域熱連通以實現第二目標溫度水準；以及(c)可選地重複(a)和(b)；其中所述第一過沖熱區域處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，而所述第二過沖熱區域處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下。
  2. 如權利要求1所述的方法，其中借助於能夠放置所述第一過沖熱區域與所述樣品保持器熱連通的第一旋轉臂來執行(a)，以及/或者其中借助於放置所述第二過沖熱區域與所述樣品保持器熱連通的第二旋轉臂來執行(b)。
  3. 如權利要求2所述的方法，其中所述第一過沖熱區域安裝在所述第一旋轉臂上，並且其中所述第二過沖熱區域安裝在所述第二旋轉臂上。
  4. 如權利要求1所述的方法，還包括：在(a)與(b)之間，放置所述樣品保持器與處於所述第一目標溫度水準下的第一目標熱區域熱連通；以及/或者在(b)之後，放置所述樣品保持器與處於所述第二目標溫度水準下的第二目標熱區域熱連通。
  5. 如權利要求1所述的方法，還包括：(d)在(a)與(b)之間，放置所述樣品保持器與處於所述第一目標溫度水準下的第一目標熱區域熱連通；以及(e)在(b)之後，放置所述樣品保持器與處於所述第二目標溫度水準下的第二目標熱區域熱連通。
  6. 如權利要求5所述的方法，其中所述第一過沖熱區域處於約110℃至140℃的溫度下，所述第一目標溫度水準為約87℃至約95℃，所述 第二目標溫度水準為約40℃至約70℃，並且所述第二過沖熱區域為約0℃至約30℃。
  7. 如權利要求5所述的方法，其中(a)到(e)的一個迴圈在少於或等於約2秒內完成。
  8. 如權利要求5所述的方法，其中(a)到(e)重複至少5次。
  9. 如權利要求1所述的方法，其中所述第一過沖熱區域處於約110℃至約140℃的溫度下。
  10. 如權利要求1所述的方法，其中所述第一過沖熱區域處於至少約130℃的溫度下。
  11. 如權利要求1所述的方法，其中所述第二過沖熱區域處於約0℃至約30℃的溫度下。
  12. 如權利要求1所述的方法，其中所述第二過沖熱區域處於小於或等於約8℃的溫度下。
  13. 如權利要求1所述的方法，其中所述第一目標溫度水準為約87℃至約95℃。
  14. 如權利要求1所述的方法，其中所述第二目標溫度水準為約40℃至約70℃。
  15. 如權利要求1所述的方法，其中所述第二目標溫度水準為約50℃至55℃。
  16. 如權利要求1所述的方法，其中所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域由12伏電源供能。
  17. 如權利要求1所述的方法，其中在將所述樣品收集於所述樣品保持器中之前，所述樣品保持器預載有擴增試劑。
  18. 如權利要求1所述的方法，其中使用第一平移單元和第二平移單元來放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域熱連通，其中所述第一平移單元使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿第一平面的移動，並且其中所述第二平移單元使所述樣品保持器經受沿相對於所述第一平面成角度的第二平面的移動。
  19. 如權利要求18所述的方法，其中(a)包括當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，使用所述第一平移單元以沿著所述第一平面 移動所述第一過沖熱區域至第一位置並且移動所述第二過沖熱區域至第二位置，並隨後使用所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，使得所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通，並且/或者其中(b)包括當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，使用所述第一平移單元以移動所述第二過沖熱區域至所述第一位置並且移動所述第一過沖熱區域至第三位置，並隨後使用所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，使得所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通。
  20. 如權利要求19所述的方法，其中所述第三位置不同於所述第二位置。
  21. 如權利要求18所述的方法，其中所述第一平移單元使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿所述第一平面的同時移動。
  22. 如權利要求18所述的方法，其中沿所述第二平面的所述移動朝向或遠離所述第一平面。
  23. 如權利要求18所述的方法，其中所述第二平面相對於所述第一平面成約45°至90°的角度。
  24. 如權利要求1所述的方法，其中借助於能夠放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通的擺臂來執行(a)，並且/或者其中借助於能夠放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通的所述擺臂來執行(b)。
  25. 如權利要求24所述的方法，其中所述樣品保持器安裝在所述擺臂上。
  26. 如權利要求1所述的方法，其中在(a)中，放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱接觸，以及/或者在(b)中，放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱接觸。
  27. 如權利要求1所述的方法，還包括：(d)在(a)與(b)之間，在使所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通和脫離熱連通之間交替切換，使得所述樣品保持器維持在所述第一目標溫度水準下；以及(e)在(b)之後，放置所述樣品保持器再次與所述第一過沖熱區 域熱連通並且在使所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通和脫離熱連通之間交替切換，使得所述樣品保持器維持在所述第二目標溫度水準下。
  28. 如權利要求24-27中任一項所述的方法，其中所述第一過沖熱區域處於約110℃至約140℃的溫度下。
  29. 如權利要求24-27中任一項所述的方法，其中所述第一過沖熱區域處於至少約130℃的溫度下。
  30. 如權利要求24-27中任一項所述的方法，其中所述第二過沖熱區域處於約0℃至約30℃的溫度下。
  31. 如權利要求24-27中任一項所述的方法，其中所述第二過沖熱區域處於小於或等於約8℃的溫度下。
  32. 如權利要求24-27中任一項所述的方法，其中所述第一目標溫度水準為約87℃至約95℃。
  33. 如權利要求24-27中任一項所述的方法，其中所述第二目標溫度水準為約40℃至約70℃。
  34. 如權利要求24-27中任一項所述的方法，其中所述第二目標溫度水準為約50℃至約55℃。
  35. 如權利要求27所述的方法，其中所述第一過沖熱區域約為110℃至140℃，所述第一目標溫度水準為約87℃至約95℃，所述第二目標溫度水準為約40℃至約70℃，並且所述第二過沖熱區域為約0℃至約30℃。
  36. 如權利要求27所述的方法，其中(a)到(e)的一個迴圈在少於或等於約2秒內完成。
  37. 如權利要求27所述的方法，其中(a)到(e)重複至少5次。
  38. 一種對樣品進行化學反應的方法，所述反應需要在至少兩個溫度水準之間迴圈，所述方法包括：使所述樣品在約87℃至約95℃的第一目標溫度水準與約40℃至約70℃的第二目標溫度水準之間熱迴圈，其中完成所述熱迴圈的一個迴圈的時間少於或等於約5秒，並且其中所述樣品具有至少約1微升的體積。
  39. 如權利要求38所述的方法，其中所述化學反應是核酸擴增反 應。
  40. 如權利要求38所述的方法，其中所述化學反應是聚合酶鏈反應。
  41. 如權利要求38所述的方法，其中所述第一目標溫度水準為約50℃至55℃。
  42. 如權利要求38所述的方法，其中所述時間少於或等於約2秒。
  43. 如權利要求38所述的方法，其中所述時間少於或等於約1秒。
  44. 如權利要求38所述的方法，其中所述時間少於或等於約0.5秒。
  45. 如權利要求38所述的方法，其中所述體積至少約為5微升。
  46. 如權利要求38所述的方法，其中所述體積至少約為10微升。
  47. 如權利要求38所述的方法，其中所述體積至少約為20微升。
  48. 如權利要求38所述的方法，其中所述體積至少約為50微升。
  49. 如權利要求38所述的方法，其中所述體積至少約為100微升。
  50. 如權利要求38所述的方法，其中所述體積至少約為150微升。
  51. 如權利要求38所述的方法，其中所述體積至少約為200微升。
  52. 一種用於對樣品進行化學反應的設備，所述反應需要在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，所述設備包括：第一過沖熱區域，其在工作中時維持在約110℃至約140℃；第一目標熱區域，其在工作中時維持在92℃至約95℃；第二過沖熱區域，其在工作中時維持在約0℃至約30℃；第二目標熱區域，其在工作中時維持在約40℃至約70℃；樣品保持器，其被配置用於保持一個或多個樣品；以及一個或多個臂，在使用期間，所述臂放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域、第一目標熱區域、第二過沖熱區域以及第二目標熱區域中的一個或多個按順序熱連通。
  53. 如權利要求52所述的設備，其中所述一個或多個臂包括目標熱區域或過沖熱區域。
  54. 如權利要求52所述的設備，其中：所述第一過沖熱區域安裝在能夠放置所述第一過沖熱區域與所述樣品保持器熱連通的第一旋轉臂上， 所述第一目標熱區域安裝在能夠放置所述第一目標熱區域與所述樣品保持器熱連通的第二旋轉臂上，所述第二過沖熱區域安裝在能夠放置所述第二過沖熱區域與所述樣品保持器熱連通的第三旋轉臂上，並且所述第二目標熱區域安裝在能夠放置所述第二目標熱區域與所述樣品保持器熱連通的第四旋轉臂上。
  55. 如權利要求52所述的設備，其中所述第一過沖熱區域在工作中時維持在大於或等於約130℃。
  56. 如權利要求52所述的設備，其中所述第一目標熱區域在工作中時維持在大於或等於約95℃。
  57. 如權利要求52所述的設備，其中所述第二過沖熱區域在工作中時維持在小於或等於約8℃。
  58. 如權利要求52所述的設備，其中所述第二目標熱區域在工作中時維持在約50℃至55℃。
  59. 如權利要求52所述的設備，還包括光學模組，所述光學模組包括光學檢測器。
  60. 如權利要求52所述的設備，其中所述第一過沖熱區域、所述第一目標熱區域、所述第二過沖熱區域和所述第二目標熱區域由12伏電源供能。
  61. 一種用於對樣品進行化學反應的設備，所述反應包括在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，所述設備包括：第一過沖熱區域，其在工作中時維持在約110℃至約140℃；第二過沖熱區域，其在工作中時維持在約0℃至約35℃；樣品保持器，其被配置用於保持一個或多個樣品；以及一個或多個擺臂，在使用期間，所述擺臂放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域按順序熱連通。
  62. 如權利要求61所述的設備，其中所述第一過沖熱區域在工作中時維持在大於或等於約130℃。
  63. 如權利要求61所述的設備，其中所述第二過沖熱區域在工作中時維持在小於或等於約8℃。
  64. 如權利要求61所述的設備，還包括光學模組，所述光學模組包括光學檢測器。
  65. 如權利要求61所述的設備，其中所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域由12伏電源供能。
  66. 一種用於擴增從受試者獲得的生物樣品中存在的靶核酸的系統，包括：輸入模組，其接收來自使用者的、擴增所述生物樣品中的所述靶核酸的請求；擴增模組，其回應於所述用戶請求：(i)在由樣品保持器保持的反應器皿中接收反應混合物，所述反應混合物包含所述生物樣品和進行核酸擴增所必需的試劑，所述試劑包含(i)DNA聚合酶和可選的逆轉錄酶，以及(ii)針對所述靶核酸的引物組；以及(ii)使所述反應器皿中的所述反應混合物經受多個系列的引物延伸反應以生成指示所述靶核酸在所述生物樣品中的存在的一個或多個擴增產物，每個系列包括在針對下列各項的一個或多個迴圈的至少兩個目標溫度水準之間迴圈：(a)放置所述樣品保持器與第一過沖熱區域熱連通以實現第一目標溫度水準；以及(b)放置所述樣品保持器與第二過沖熱區域熱連通以實現第二目標溫度水準，其中所述第一過沖熱區域處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，而所述第二過沖熱區域處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下；以及輸出模組，其可操作地耦合至所述擴增模組，其中所述輸出模組向接收者輸出與所述靶核酸或所述一個或多個擴增產物相關的資訊。
  67. 如權利要求66所述的系統，還包括唯一標識出所述系統的標識單元，其中所述標識單元能夠由所述使用者的電子設備檢測到，其中在使用期間，(i)所述標識單元由所述電子設備檢測到以標識所述系統，並且(ii)在標識出所述系統時，將所述請求從所述電子設備導向所述系統。
  68. 如權利要求66所述的系統，其中所述標識單元是標識號或條 碼。
  69. 如權利要求66所述的系統，其中所述標識單元是射頻識別(RFID)單元。
  70. 一種用於擴增從受試者獲得的生物樣品中的靶核酸的系統，包括：電子顯示幕，其包括顯示圖形元素的使用者介面，所述圖形元素可由使用者訪問用以執行擴增方案，以擴增所述生物樣品中的所述靶核酸；以及一個或多個電腦處理器，其耦合至所述電子顯示幕並且單獨地或共同地被程式設計用於在由所述使用者選擇所述圖形元素時執行所述擴增方案，該擴增方案包括使包含於由樣品保持器保持的反應器皿中的、包含所述生物樣品和進行核酸擴增所必需的試劑的反應混合物經受多個系列的引物延伸反應以生成指示所述靶核酸在所述生物樣品中的存在的一個或多個擴增產物，每個系列包括在針對下列各項的一個或多個迴圈的至少兩個目標溫度水準之間迴圈：(a)放置所述樣品保持器與第一過沖熱區域熱連通以實現第一目標溫度水準；以及(b)放置所述樣品保持器與第二過沖熱區域熱連通以實現第二目標溫度水準，其中所述第一過沖熱區域處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，並且其中所述第二過沖熱區域處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下。
  71. 如權利要求70所述的系統，其中所述擴增方案還包括選擇針對所述靶核酸的引物組。
  72. 如權利要求70所述的系統，其中所述試劑包含(i)去氧核糖核酸(DNA)聚合酶和可選的逆轉錄酶，以及(ii)針對所述靶核酸的引物組。
  73. 如權利要求70所述的系統，其中所述使用者介面顯示多個圖形元素，其中所述圖形元素中的每一個與多個擴增方案之中的給定擴增方案相關聯。
  74. 如權利要求73所述的系統，其中所述圖形元素中的每一個與疾 病或健康狀況相關聯，並且其中所述多個擴增方案中的給定擴增方案涉及測定所述疾病或健康狀況在所述受試者中的存在。
  75. 如權利要求74所述的系統，其中所述疾病或健康狀況與病毒或SNP相關聯。
  76. 如權利要求75所述的系統，其中所述病毒是RNA病毒。
  77. 如權利要求75所述的系統，其中所述病毒是DNA病毒。
  78. 如權利要求75所述的系統，其中所述病毒選自人類免疫缺陷病毒I(HIV I)、人類免疫缺陷病毒II(HIV II)、正粘病毒、埃博拉病毒、登革病毒、流感病毒、肝炎病毒、甲型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、丁型肝炎病毒、戊型肝炎病毒、庚型肝炎病毒、EB病毒、單核細胞增多症病毒、巨細胞病毒、SARS病毒、西尼羅河熱病毒、脊髓灰質炎病毒、麻疹病毒、單純皰疹病毒、天花病毒、腺病毒、甲型流感病毒、A型呼吸道合胞病毒(RSVA)、B型呼吸道合胞病毒(RSVB)、麻疹病毒、水痘病毒、H1N1病毒、H3N2病毒、H7N9病毒、H5N1病毒、腺病毒55型(ADV55)、腺病毒7型(ADV7)以及具甲RNA-丙型肝炎病毒(RNA-HCV)。
  79. 如權利要求74所述的系統，其中所述疾病或健康狀況與致病性的細菌或致病性的原生動物相關聯。
  80. 如權利要求79所述的系統，其中所述致病性的細菌是結核分枝桿菌。
  81. 如權利要求79所述的系統，其中所述致病性的原生動物是瘧原蟲。
  82. 如權利要求70所述的系統，還包括唯一標識出所述系統的標識單元，其中所述標識單元能夠由所述使用者的電子設備檢測到，其中在使用期間，(i)所述標識單元由所述電子設備檢測到以標識所述系統，並且(ii)在標識出所述系統時，將執行所述擴增的請求從所述電子設備導向所述系統。
  83. 如權利要求82所述的系統，其中所述標識單元是標識號或條碼。
  84. 如權利要求82所述的系統，其中所述標識單元是射頻識別(RFID) 單元。
  85. 一種用於對樣品進行反應的設備，包括：在所述反應期間保持所述樣品的樣品保持器，其中所述反應包括在至少兩個目標溫度水準之間迴圈，所述至少兩個目標溫度水準包括第一目標溫度水準和第二目標溫度水準；第一過沖熱區域和第二過沖熱區域，其中所述第一過沖熱區域處於比所述第一目標溫度水準更高的溫度下，而所述第二過沖熱區域處於比所述第二目標溫度水準更低的溫度下，或者反之亦然；以及控制器，其被程式設計用於交替地或按順序地(i)放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通以實現所述第一目標溫度水準，以及(ii)放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通以實現所述第二目標溫度水準。
  86. 如權利要求85所述的設備，還包括第一平移單元和第二平移單元，其中所述第一平移單元使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿第一平面的移動，並且其中所述第二平移單元使所述樣品保持器經受沿相對於所述第一平面成角度的第二平面的移動，其中所述控制器可操作地耦合至所述第一平移單元和所述第二平移單元，並且其中所述控制器被程式設計用於使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿所述第一平面的移動，並且使所述樣品保持器經受沿所述第二平面的移動，以交替地或按順序地(i)放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通以實現所述第一目標溫度水準，以及(ii)放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通以實現所述第二目標溫度水準。
  87. 如權利要求86所述的設備，其中所述第一平移單元使所述第一過沖熱區域和所述第二過沖熱區域經受沿所述第一平面的同時移動。
  88. 如權利要求86所述的設備，其中沿所述第二平面的所述移動朝向或遠離所述第一平面。
  89. 如權利要求86所述的設備，其中所述第二平面相對於所述第一平面成約45°至90°的角度。
  90. 如權利要求86所述的設備，其中所述控制器被程式設計用於：(1)當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，引導所述第一平移單元以沿著所述第一平面移動所述第一過沖熱區域至第一位置並且移動所述第二過沖熱區域至第二位置；(2)引導所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，從而放置所述樣品保持器與所述第一過沖熱區域熱連通以實現所述第一目標溫度水準；(3)當所述樣品保持器遠離所述第一平面升高時，引導所述第一平移單元以移動所述第二過沖熱區域至所述第一位置並且移動所述第一過沖熱區域至第三位置；以及(4)引導所述第二平移單元以使所述樣品保持器朝向所述第一平面下降，從而放置所述樣品保持器與所述第二過沖熱區域熱連通以實現所述第二目標溫度水準。
  91. 如權利要求90所述的設備，其中所述第三位置不同於所述第二位置。
  92. 如權利要求90所述的設備，其中所述控制器被程式設計用於在(2)與(3)之間引導所述第二平移單元以使所述樣品保持器遠離所述第一平面升高。
  93. 如權利要求86所述的設備，其中所述第一平移單元和/或所述第二平移單元包括至少一個馬達或壓電致動器。
  94. 如權利要求86所述的設備，其中所述第一平移單元和/或所述第二平移單元包括導軌。
  95. 如權利要求94所述的設備，其中所述導軌是線性導軌。
  96. 如權利要求85所述的設備，其中所述第一過沖熱區域處於約110℃至約140℃的溫度下。
  97. 如權利要求85所述的設備，其中所述第一過沖熱區域處於至少約130℃的溫度下。
  98. 如權利要求85所述的設備，其中所述第二過沖熱區域處於約0℃至約30℃的溫度下。
  99. 如權利要求85所述的設備，其中所述樣品保持器保持多個樣 品。
  100. 如權利要求85所述的設備，其中所述第一過沖熱區域是加熱單元。
  101. 如權利要求85所述的設備，其中所述第二過沖熱區域是冷卻單元。
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