專利名稱：樣品處理裝置及處理方法
背景技術(shù)：
由于人類基因計劃和其它基因研究的開展，保健人員現(xiàn)在可以獲得巨大數(shù)量的關(guān)于基因及生物標(biāo)記物的信息。通過分子診斷測試，可以使保健人員得到一個可以對疾病進行快速、準(zhǔn)確診斷的基因及生物標(biāo)記物的信息資源。然而，可以用來使用這種基因信息的診斷測試系統(tǒng)的開發(fā)工作和提供這種信息的基因研究工作的步調(diào)很不一致，特別是在臨床設(shè)備方面。現(xiàn)有的診斷測試系統(tǒng)由于獲得和運轉(zhuǎn)此系統(tǒng)的費用高昂以及所用分子診斷分析方法的復(fù)雜性，因而主要僅限于在大的醫(yī)學(xué)試驗中心或研究性實驗室中使用。這種現(xiàn)有系統(tǒng)需要大的初次固定資產(chǎn)投入并在試劑、消納、運轉(zhuǎn)、維護、保養(yǎng)、培訓(xùn)等方面需要高額的費用。
按照本發(fā)明的一個實施方案，一個用來對一個樣品進行處理的裝置包括一個處理單元，該處理單元具有一個用來容納樣品容器的通道(opening)以及至少一個沿著該通道排列的處理位點。這些處理位點包括一個加壓元件，該加壓元件適于對該通道中的樣品容器加壓并因而使樣品容器內(nèi)的包含物發(fā)生位移。由于加壓而發(fā)生位移的該包含物可以是例如所處理的樣品、試劑、或樣品及試劑的混合物。
按照本發(fā)明的另一方面的內(nèi)容，所述處理位點可以包括一個用來向樣品容器包含物輸入能量或從包含物中轉(zhuǎn)移出能量的能量傳輸元件，該傳輸元件連有一個控制系統(tǒng)用來對輸入到包含物的能量或從包含物中轉(zhuǎn)移出的能量進行控制。該能量傳輸元件可以是，例如，一個電加熱元件、一個微波源、一個光源、一個超聲源、或一個致冷元件。
按照本發(fā)明的另一個內(nèi)容，該能量傳輸元件向樣品容器內(nèi)的包含物輸入能量或從該包含物中轉(zhuǎn)移出能量。在所述處理位點附近可以設(shè)有能量絕緣物。取決于所使用的能量傳輸元件的型式的不同，該能量絕緣物可以是例如一個能量屏蔽層、一個能量吸收層、一個能量反射層、或是一種絕熱物。所述控制系統(tǒng)可以連有一個溫度傳感器來監(jiān)測處理位點的溫度。備選的是，該處理位點可以包括一個散熱構(gòu)造以耗散處理位點的熱能。
按照本發(fā)明的另一個內(nèi)容，處理位點可以包括一個在通道截面上和加壓元件對置的靜止元件。該加壓元件運作時可以對著該靜止元件方向向通道內(nèi)的樣品容器加壓。
按照本發(fā)明的另一個內(nèi)容，加壓元件可以和一個驅(qū)動器相連以有選擇地驅(qū)動該加壓元件以對通道內(nèi)的樣品容器加壓。該驅(qū)動器可以是，例如，一個通過凸輪和加壓元件相連的電機。備選的是，該驅(qū)動器可以是一個電磁作動機構(gòu)。
按照本發(fā)明的另一個內(nèi)容，該處理裝置可以包括一個用來檢測樣品容器包含物所發(fā)出的信號的傳感器。可以任選一種能量源來向樣品容器包含物施加能量以使該包含物發(fā)出信號。在一個實施方案中，該處理裝置可以包括一個電泳系統(tǒng)，該電泳系統(tǒng)包括一對具有預(yù)定電位差的電極以及一個用來將該電極插入樣品容器的電極作動器。
按照本發(fā)明的另一個內(nèi)容，該處理裝置可以包括一個試劑注射器盒作動器，該作動器適于容納一個試劑注射器盒，該注射器盒上具有至少一個和試劑容器流體相通的針頭。該試劑注射器盒作動器運作時可以驅(qū)動試劑注射器盒將一定數(shù)量的試劑注射進入樣品容器。
按照本發(fā)明的另一個實施方案，一個用來保持樣品的樣品容器包括一個用來保持樣品的樣品保存部分和一個用來操作樣品容器的操作部分。樣品保存部分可以具有一個由柔性材制成的壁部構(gòu)造，柔性的壁部構(gòu)造使得樣品保存部分的選定區(qū)段可以基本上被壓平。操作部分可以和樣品保存部分相連并且最好具有一個通常是剛性的構(gòu)造以便于對樣品容器進行操作。
按照本發(fā)明的另一個內(nèi)容，該樣品保存部分可以是一個細(xì)管。
按照本發(fā)明的另一個內(nèi)容，樣品容器可以包括至少一個壓強選通門(pressure gate)，這些壓強選通門排列在樣品保存部分內(nèi)以將樣品保存部分分成多個段落。樣品容器中的至少一個段落內(nèi)可以具有一個過濾器，該過濾器可將樣品物質(zhì)中的選定組分和其它組分分離開來。此外，樣品容器的至少一個段落中可以含有一種試劑。該試劑可以是，例如，一種抗凝固劑、細(xì)胞溶解劑、核苷、酶、DNA聚合酶、模板DNA、寡核苷酸、引物、抗原、抗體、染料、標(biāo)記物、分子探針、緩沖劑、或檢測材料。樣品保存部分中還可以包括一個含有電泳凝膠的電泳段。該電泳段中可以包括一對適于在它們之間保持預(yù)定電位差的電極。此外，在一個段落上可以包括多層薄膜或微陣列生物芯片以對樣品進行分析。
按照發(fā)明的另一個內(nèi)容，樣品保存部分可以包括一種形成在內(nèi)部的自密封注射通道。該自密封注射通道在正常情況下最好基本上沒有樣品物質(zhì)存在，并且能夠和樣品保存部分中的樣品物質(zhì)流體相通。
按照發(fā)明的另一個內(nèi)容，樣品容器可以包括一種用來獲取樣品的工具，該工具和樣品容器相連。
按照發(fā)明的另一個內(nèi)容，樣品容器的操作部分包括一個用來接納樣品的通道。樣品容器還可以包括一個封閉器來可選擇地封閉該通道。該封閉器的位置最好和操作部分相貼合以使通道閉合。此外，用來獲取樣品的工具可以和樣品容器的封閉器相連。
按照發(fā)明的另一個內(nèi)容，操作部分的壁厚大于樣品保存部分的壁厚。樣品保存部分的壁厚最好為小于或等于0.3毫米。在一個實施方案中，操作部分可以包括一個圓柱套筒，該套筒的尺寸和形狀適于和樣品保存部分的一部分相適配。操作部分的縱向位置最好靠近樣品保存部分。
按照發(fā)明的另一個實施方案，用來保持樣品的樣品容器包括一個樣品保存部分，該保存部分具有至少一個壓強選通門，這些壓強選通門排列在樣品保存部分內(nèi)并將該樣品保存部分分成多個段落。優(yōu)選的是，該樣品保存部分的至少一個段落具有一個由柔性材制成的壁部構(gòu)造，該柔性的壁部構(gòu)造使得樣品保存部分的該段落可以基本上被壓平。
按照發(fā)明的另一個內(nèi)容，一個在樣品容器內(nèi)處理一個樣品的方法包括下列步驟將樣品容器導(dǎo)入一個裝置以對該樣品容器內(nèi)的樣品進行處理；以及對樣品容器加壓以使該樣品容器內(nèi)的樣品從樣品容器的第一段遷移到第二段中。
按照發(fā)明的另一個內(nèi)容，該樣品處理方法可以包括這樣的步驟將一種試劑引導(dǎo)到樣品容器的一個段落內(nèi)的樣品上。
按照發(fā)明的另一個內(nèi)容，該樣品處理方法可以包括這樣的步驟將第一段落中的樣品加熱到第一溫度。該方法還可以包括這樣的步驟將第二段落中的樣品加熱到第二溫度。在一個實施方案中，該第一溫度可以有效地使樣品變性而該第二溫度是核酸退火并可以發(fā)生核酸合成的溫度。該樣品處理方法還可以包括這樣的步驟對樣品容器加壓以使該樣品容器內(nèi)的樣品從樣品容器的第二段遷移到第一段中并在第一段落中將樣品加熱到第一溫度。
按照發(fā)明的另一個內(nèi)容，該樣品處理方法可以包括這樣的步驟對樣品容器一個段落中的樣品發(fā)出的信號進行檢測以對該樣品進行分析，并對該檢測信號進行分析以確定樣品的狀態(tài)。該分析步驟可以包括向該樣品容器段落內(nèi)的樣品施加激發(fā)能量。此外，該分析步驟可以包括向樣品容器段落內(nèi)的該樣品施加一個選定的電位差以對樣品進行電泳分析，以及檢測該樣品發(fā)射出的光線并對所檢測到的光線進行分析以確定該樣品的狀態(tài)。
備選的是，該分析步驟可以包括向樣品容器一個段落內(nèi)的生物陣列薄膜施加一個激發(fā)能量，并檢測該生物陣列薄膜所發(fā)射出的光線并對所檢測到的光線進行分析以確定該樣品的狀態(tài)。所用的生物陣列薄膜可以是，例如，一種多層薄膜或一種微陣列生物芯片。
按照發(fā)明的另一個內(nèi)容，該樣品處理方法可以包括對樣品容器一個段落中的樣品進行攪拌的步驟。
按照發(fā)明的另一個內(nèi)容，一個對樣品容器內(nèi)的樣品進行處理的方法可以包括這樣的步驟將樣品容器導(dǎo)入一個裝置以對該樣品容器內(nèi)的樣品進行處理；以及對樣品容器的一個段落加壓以使樣品容器中的樣品和試劑混合。優(yōu)選的是，該樣品容器具有多個段落，其中包括一個保存試劑的段落和一個保存樣品的段落。
按照發(fā)明的另一個內(nèi)容，該樣品處理方法可以包括這樣的步驟在將樣品容器導(dǎo)入一個裝置以對樣品進行處理的步驟之后將試劑導(dǎo)入樣品容器的一個試劑段中。
按照發(fā)明的另一個實施方案，一個熱循環(huán)裝置中包括一個處理單元，該處理單元包括一個容納樣品容器的通道，該樣品容器中含有一種樣品。該處理單元可以具有沿著該通道排列的一個第一處理位點、一個第二處理位點、以及一個第三處理位點。該第一處理位點可以包括一個適于對通道內(nèi)的樣品容器加壓的第一加壓元件，以及一個用來向第一處理位點中的樣品傳輸能量的第一能量傳輸元件。該第二處理位點可以包括一個適于對通道內(nèi)的樣品容器加壓的第二加壓元件，以及一個用來向第二處理位點中的樣品傳輸能量的第二能量傳輸元件。該第三處理位點可以包括一個適于對通道內(nèi)的樣品容器加壓的第三加壓元件，以及一個用來向第三處理位點中的樣品傳輸能量的第三能量傳輸元件。該樣品容器受到其中一個加壓元件擠壓時可以使樣品容器內(nèi)的樣品在各個處理位點之間遷移。
圖4所示為按照本發(fā)明的樣品處理裝置的另一個備選實施方案的示意圖；圖5所示為按照本發(fā)明的樣品處理裝置的一個手持式實施方案的透視圖；圖6所示為按照本發(fā)明的樣品處理裝置的一個臺式實施方案的透視圖；圖7為圖6所示裝置取掉頂蓋后的透視圖；圖8所示為按照本發(fā)明的熱循環(huán)處理單元的一個實施方案的透視圖；圖9為圖8所示處理單元的透視圖；

圖10為圖8所示處理單元的處理位點的部分分解透視圖，圖中展示了該處理位點的一個熱阻擋單元和一個絕緣體阻擋單元；圖11為圖8所示處理單元的處理位點的部分分解透視圖，圖中展示了多個熱阻擋單元和絕緣體阻擋單元；圖12為按照本發(fā)明的處理單元的一個備選實施方案的處理單元的部分分解透視圖；圖13A至13G為按照本發(fā)明的處理單元的側(cè)向正視斷面圖，圖中展示了處理單元的運作；圖14為本發(fā)明的凝膠電泳分析單元的側(cè)向正視斷面圖；圖15A至15B為按照本發(fā)明的樣品容器的幾個實施方案的側(cè)向正視斷面圖；圖16為按照本發(fā)明的樣品容器的局部側(cè)向正視斷面圖，圖中展示了形成在樣品容器中的一個注射通道；圖17為按照本發(fā)明的試劑注射器盒的側(cè)向正視圖；圖18為按照本發(fā)明的樣品容器的側(cè)向正視斷面圖；圖19A至19C展示了本發(fā)明處理單元的一個備選實施方案。
優(yōu)選實施方案的詳細(xì)描述本發(fā)明提供了一種對樣品進行處理的裝置及方法。這里所用“處理”一詞一般是指對一個或多個步驟中的樣品容器包含物進行制備、處置、分析、和/或?qū)嵤┢渌鼫y試方案或檢測。典型的處理步驟包括例如將樣品容器內(nèi)的一種包含物(例如樣品或試劑)遷出容器，其目的為，例如，調(diào)整該包含物的容積、將包含物的多個組分分離開、將樣品容器內(nèi)的幾種包含物進行混合；通過例如將一種試劑加到樣品上、攪拌樣品、向樣品輸入熱量或從樣品上移出熱量、在特定溫度下進行樣品培養(yǎng)、進行樣品組分的擴增、對樣品組分進行分離和/或隔離等途徑在樣品容器的一個段落內(nèi)實施化學(xué)或生物學(xué)反應(yīng)；或是對樣品進行分析以確定樣品的諸如數(shù)量、體積、質(zhì)量、濃度、序列、核酸或其它分析物的大小等特征。本專業(yè)的技術(shù)人員都了解，這里對許多典型處理步驟的描述僅是為了便于說明，在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可以實施其它的處理步驟。
按照本發(fā)明的樣品處理裝置可以根據(jù)所要求實施的過程而將一個或多個處理單元集成在一個系統(tǒng)中。處理單元中可以包括一個或多個處理位點，在這些位點上可以對樣品容器內(nèi)的樣品實施一個或多個處理步驟?？梢愿鶕?jù)本發(fā)明對其進行處理的樣品材料一般是生物學(xué)樣品或包含生物學(xué)物質(zhì)的樣品，這種樣品材料包括例如血液、尿液、唾液、細(xì)胞懸浮液、生物流體、組織碎片、土壤或其它樣品。本發(fā)明的樣品處理裝置特別適用于諸如聚合物鏈反應(yīng)(PCR)擴增或連接酶鏈反應(yīng)(LCR)擴增等核酸擴增，并可以包括，例如用于從樣品中提取核酸的樣品預(yù)處理單元，用于擴增核酸或信號的熱循環(huán)反應(yīng)單元，并可備選地包括一個用來分析擴增后產(chǎn)物的分析單元或檢測單元。本發(fā)明的樣品處理裝置還可以用于核酸的等溫反應(yīng)或信號擴增，諸如鏈位移擴增(strand displacement amplification，SDA)、滾環(huán)擴增(rolling circle amplification，RCA)、轉(zhuǎn)錄一介導(dǎo)擴增(trsnscription-mediated amplification，TMA)等?？梢栽跇悠飞蠈嵤┑钠渌湫吞幚砜砂ㄅR床診斷、治療監(jiān)測、以及新藥物研究中各種化合物的篩選。為了便于說明，下面集中對PCR擴增進行描述。但是本專業(yè)的技術(shù)人員都知道，本發(fā)明的裝置及方法不限于應(yīng)用在PCR擴增中，下述的裝置及方法可以在其它樣品處理中使用。
圖1所示為一個樣品處理裝置的典型實施方案。圖1中的處理裝置10包括一個處理單元12，該單元12具有一個通道(opening)14來容納樣品容器16。通道14可以是一管狀通道、一側(cè)敞開的槽或其它構(gòu)造，以將樣品容器以可取下并可重新裝上的方式容納在里面。處理單元12包括一個第一處理位點18和一個第二處理位點20，兩個位點沿著通道14長度方向排列。第一位點18包括一個加壓元件22，該元件22適于對通道14內(nèi)的樣品容器16加壓并使樣品容器16內(nèi)的包含物遷移。樣品容器中的該包含物可以是，例如，待處理樣品、樣品容器內(nèi)包含的試劑、或是樣品和試劑的混合物。加壓元件22和一個驅(qū)動器24相連，以可控地驅(qū)動加壓元件22并對通道14內(nèi)的樣品容器16加壓。如下面還將詳細(xì)描述那樣，驅(qū)動器24可以是，例如，一個電磁作動機構(gòu)、一個電機、一個螺旋管線圈、或任何其它可使加壓元件22運動(最好是作往復(fù)運動)的裝置。
優(yōu)選的是，加壓元件22用諸如剛強的塑料和金屬等剛性材料制造。加壓元件可以具有能將壓力充分地施加給樣品容器的任何形狀。例如，加壓元件22可以是一個如圖1所示的以一個平坦表面來和樣品容器16相配的矩形方塊。備選的是，加壓元件22可以具有一個彎曲的、帶有角度的、或是非平坦的表面來和樣品容器16相配。
并且，備選的是，加壓元件22還可以是一個可膨脹的薄膜，該薄膜可以通過一種諸如空氣、氮氣、鹽水、或水等流體來使其膨脹以向樣品容器加壓。在這樣的實施方案中，樣品容器的加壓程度可以通過調(diào)整薄膜的膨脹壓強來控制。
第一處理位點18可以任選為包括一個靜止元件26，該靜止元件26在通道截面14上和加壓元件22對置。這樣，加壓元件22便可朝著靜止元件26的方向如圖2所示那樣僅僅對通道14內(nèi)的部分樣品容器16加壓。本專業(yè)的技術(shù)人員都能看出，可以用一個第二加壓元件來替代靜止元件26，這樣，該處理位點包括兩個加壓元件，這兩個加壓元件一起動作以對中間的樣品容器加壓。此外，只要將通道14內(nèi)的樣品容器16在加壓元件的任何一側(cè)上固定起來便可省去第二加壓元件或靜止元件。
在圖示的實施方案中，樣品容器16是一個用來保持樣品的封閉管狀流腔。優(yōu)選的是，樣品容器16的一個或多個段落用柔軟的可壓縮材料例如聚乙烯或聚氨酯構(gòu)成。這使得樣品容器能夠受到可控的壓縮并被完全壓平，以使樣品容器內(nèi)的樣品或其它包含物遷移，而樣品容器16則最好仍留在裝置10內(nèi)。在一個優(yōu)選實施方案中，樣品容器16包括多個段落，這些段落如下面還要詳細(xì)描述那樣由諸如微型的流體壓強選通門那樣的內(nèi)部構(gòu)造分隔開，該內(nèi)部構(gòu)造和樣品容器是整體的。備選的是，樣品容器16可以不用內(nèi)部的整體構(gòu)造來分隔形成多個段落而是利用裝置10來對其選定部位加壓以形成段落。本專業(yè)的技術(shù)人員都能看出，裝置10中還可以使用其它類型的適于保存樣品的樣品容器而仍不脫離本發(fā)明的范圍。
第二個處理位點20可以包括一個傳感器28，傳感器28的用途為檢測來自樣品容器16中所包含的例如樣品或試劑等包含物的信號。作為例子，該傳感器28可以是一個用來測量諸如由樣品或樣品中的熒光探針發(fā)射出的熒光的光學(xué)傳感器。此外，如果需要檢測多波長光線，則可采用多個傳感器或使用光譜傳感器。檢測信號可以送到CPU30中以對其進行分析來確定樣品的特征。
裝置使用時，可以如下面還將更詳細(xì)描述那樣將樣品以注射的方法透過樣品容器16的壁導(dǎo)入樣品容器16的第一段A內(nèi)，也可以通過形成在樣品容器16上的一個通道將樣品導(dǎo)入樣品容器16的第一段A內(nèi)。在圖1及圖2所示的典型實施方案中，樣品容器16中包括一個壓強選通門32，該壓強選通門32將樣品容器16分隔成第一段A及第二段B兩個段落。樣品容器16可以插入到裝置10的通道14中，于是樣品容器16的第一段A便對準(zhǔn)第一處理位點18而第二段B便對準(zhǔn)第二處理位點20，如圖1所示。
驅(qū)動器24可以驅(qū)使加壓元件22運動并和樣品容器16相接觸。這樣，通道14內(nèi)的樣品容器16的第一段A便在加壓元件22和靜止元件26之間受到壓縮。當(dāng)樣品容器16的第一段A受壓時，若干樣品便從第一段A通過壓強選通門32而遷移到第二段B。所遷移的樣品容積與加壓元件22向第一段A作用的壓縮力的大小成比例。因此，第一處理位點上的加壓元件22可以用來使一定數(shù)量的樣品進入樣品容器16的第二段內(nèi)以在第二處理位點20上進行分析。樣品容器16的第一段A可以如圖2所示那樣完全壓平，從而其中的所有樣品都可以從樣品容器16的第一段A中遷移出。樣品可以在樣品容器16的位于第二處理位點20處的第二段B內(nèi)進行分析。
圖3中展示了一個樣品處理裝置的備選實施方案。裝置38包括一個處理單元40，該處理單元40具有三個沿著通道14排列的處理位點，亦即一個第一處理位點42，一個和第一處理位點42相鄰的第二處理位點44，以及一個和第二處理位點44相鄰的第三處理位點46。
第一處理位點42包括一個連有驅(qū)動器24的加壓元件22，該加壓元件22適于對著靜止元件26方向向通道14內(nèi)的樣品容器16的一個段落加壓。第一處理位點42的運轉(zhuǎn)可以將選定數(shù)量的樣品從樣品容器的第一段A遷移到樣品容器的其它段落中。
第二處理位點44包括一個連有驅(qū)動器24的加壓元件22，該加壓元件22適于對著靜止元件26方向向通道14內(nèi)的樣品容器16的第二段落B加壓。第二處理位點44還包括一個用來向樣品容器16內(nèi)的包含物輸入能量或從該包含物轉(zhuǎn)移出能量的能量傳輸元件48。該能量傳輸元件48可以是例如，一個電加熱元件、一個微波源、一個光源、一個超聲源、一個致冷元件、或任何其它傳輸能量的裝置。在一個實施方案中，該能量傳輸元件48向樣品容器16內(nèi)的樣品輸入熱量或從該樣品轉(zhuǎn)移出熱量。該能量傳輸元件48可以如圖3那樣埋在加壓元件22中或連接在加壓元件22上。備選的是，該能量傳輸元件48可以連接在靜止元件26上或可以獨立于加壓元件和靜止元件而設(shè)置在處理位點內(nèi)。該能量傳輸元件48可以和一個控制系統(tǒng)相連，該控制系統(tǒng)對能量傳輸元件48傳輸給樣品容器16的能量或從中轉(zhuǎn)移出的能量進行控制。該控制系統(tǒng)可以是CPU30的一個部件或是一個獨立的系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)還可包括一個溫度傳感器50，以監(jiān)測能量傳輸元件的溫度。
第二處理位點44也可包括一個用來檢測來自樣品容器內(nèi)包含物的信號的傳感器52，特別是當(dāng)該包含物在第二處理位點中進行處理時。作為例子，傳感器52可以是一個測量例如由樣品或樣品中的熒光探針發(fā)出的熒光的光學(xué)傳感器。傳感器52可以和CPU30相連，以對檢測信號進行分析來確定樣品的特征。
第三處理位點46可以包括一個用來檢測來自樣品容器16內(nèi)的諸如樣品或試劑等包含物的信號的傳感器28。作為例子，傳感器28可以是一個測量例如由樣品或樣品中的熒光探針發(fā)出的熒光的光學(xué)傳感器。此外，如果需要檢測多波長光線，可以采用多個傳感器或使用光譜傳感器。檢測信號可以送到CPU30中以對其進行分析來確定樣品的特征。
裝置使用時，樣品可以導(dǎo)入樣品容器16的第一段A內(nèi)，而樣品容器16可以插入到裝置10的通道14中。在圖3所示的實施方案中，樣品容器16包括兩個壓強選通門32，這兩個壓強選通門32把樣品容器16分隔成三個段落，亦即第一段A、第二段B、及第三段C。當(dāng)?shù)谝欢蜛工作時，選定數(shù)量的樣品便遷移到樣品容器16的第二段中以在第二處理位點44上進行處理。
在第二處理位點44上，能量將傳向第二段B中的樣品或從該樣品中轉(zhuǎn)移出。這樣，樣品便可以在第二段B內(nèi)進行生物反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)。而傳感器52便用來監(jiān)測該反應(yīng)過程。
當(dāng)反應(yīng)完成時，可以對通道14內(nèi)的樣品容器16的位于第二處理位點44的那一段加壓，以將樣品驅(qū)入樣品容器16的第三段C中。優(yōu)選的是，第一位點42的加壓元件22要將樣品容器16的第一段A基本上壓平，以免樣品進入第一段A。樣品可以在第三位點46處在樣品容器16的第三段C內(nèi)進行分析。
圖4所示為樣品處理裝置的又一個實施方案。圖中，裝置56包括一個處理單元58，該處理單元58具有一個沿著通道14延伸的處理位點60。處理位點60包括一個連有驅(qū)動器24的加壓元件22，該加壓元件22適于對著靜止元件26方向向通道14內(nèi)的樣品容器16的一個段落加壓。在圖4所示的實施方案中，樣品容器16包括一個壓強選通門32，該壓強選通門32將樣品容器16分隔成兩個段落，亦即第一段A、第二段B。當(dāng)處理位點60工作時，選定數(shù)量的樣品便從樣品容器16的第二段B遷移到第一段A中。作為例子，樣品容器16的第二段B中可以裝有一種試劑。這時，若干試劑可以從樣品容器16的第二段B遷移到第一段A中并和第一段A內(nèi)的樣品混合。備選的是，樣品容器16的第一段A內(nèi)可以裝有試劑，而若干數(shù)量的樣品被處理位點60從第二段B遷移到第一段A中。于是，樣品容器16的第一段A便可起到樣品和試劑的反應(yīng)混合室的作用。試劑可以是預(yù)先包裝在樣品容器16中的，也可以是在樣品導(dǎo)入樣品容器16以后再裝入樣品容器16的。作為例子，裝置中可以包括一個如下面將要描述的試劑注射器盒，其用途為導(dǎo)入試劑。
圖5所示為樣品處理裝置的另一個實施方案。圖中，裝置100是一個手持系統(tǒng)，其用途為處理一個核酸樣品。該系統(tǒng)優(yōu)選為一種“插入一測試”型的裝置，亦即裝有核酸樣品的樣品容器插入裝置100中后便產(chǎn)生處理結(jié)果，這將使人為的干擾減至最小。裝置100可以包括一個殼體112，殼體112上設(shè)有一個通道114，裝有待處理樣品的樣品容器116便從該通道114插入裝置100內(nèi)。通道114可以是一個如圖5所示的管形通道，或是一個一側(cè)敞開的槽或其它構(gòu)造，以將樣品容器以可取下并可重新裝上的方式容納在里面。控制面板118位于殼體112的頂部，其用途為向裝置100輸入信息，裝置100還設(shè)有監(jiān)示器120來顯示諸如處理結(jié)果等運轉(zhuǎn)信息。殼體上可以設(shè)有一個對外通訊接口121來和諸如計算機網(wǎng)絡(luò)等遠(yuǎn)距離系統(tǒng)相連，以用來接受或輸出如處理結(jié)果、系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離診斷等信息。殼體內(nèi)還可以設(shè)有電池123(見圖7)用來向裝置100的各個部件供電。
圖6所示為一個用來處理多個樣品的裝置200。裝置200是一個最多可同時處理96個核酸樣品的臺式熱循環(huán)系統(tǒng)。除了多樣品裝置200具有更大的容量和生產(chǎn)率外，樣品處理裝置200的工作原理和圖5中的樣品處理裝置100相同。多樣品裝置200可以包括一個殼體202。殼體202上設(shè)有多個孔或通道204，每個孔中可以裝入一個含有樣品的樣品容器206以供裝置處理。圖6所示的典型多樣品裝置200具有96個孔，最多可同時處理96個樣品。本專業(yè)的技術(shù)人員都能看出，按照本發(fā)明的范圍，只要待試樣品及所使用的處理數(shù)量需要，本發(fā)明的多樣品處理裝置可以設(shè)計成具有任何數(shù)目的孔。在殼體的頂部設(shè)有向多樣品處理裝置200輸入信息的控制面板208以及顯示諸如測試結(jié)果等運轉(zhuǎn)信息的監(jiān)視器210。
圖7展示了圖5所示的樣品處理裝置100的通用部件。圖示的裝置100包括了三個用來對樣品容器中的樣品進行處理的主要處理單元，亦即一個對樣品進行預(yù)處理的預(yù)處理單元122、一個對樣品中的某些組元進行增強的反應(yīng)單元124、以及一個對樣品進行分析的分析單元126。樣品容器可以通過通道114裝填到裝置100內(nèi)。裝置的各個處理單元最好沿著通道114軸線的延長線排列。這樣的排列使得樣品將如下面詳細(xì)描述的那樣在樣品容器內(nèi)的各個處理單元之間運動。優(yōu)選的是，各個處理單元如圖7那樣排列成一直線，但也可以采取其它排列方式只要樣品容器可以接近裝置100的一個或多個處理單元即可。
由圖7可見，在樣品容器通道114的進口130處設(shè)有一對樣品容器裝填輪128。該通道進口130優(yōu)選為漏斗形的，以便于將樣品容器裝填進入裝置100的通道114。裝填輪128則對樣品容器的進入通道114起導(dǎo)引作用，并使樣品容器的裝填工作進一步簡化。在靠近通道114進口130處可以設(shè)置一個樣品收集單元132以使選定體積的樣品可以分配進入樣品容器內(nèi)的下一個或幾個處理單元。該樣品收集單元132可以包括一個在通道114的橫切面上與靜止元件26對置的加壓元件22。加壓元件22在直線電機138的驅(qū)動下可以朝著靜止元件26前進或后退以可控地打開或閉上二者之間的通道114。當(dāng)樣品容器位于通道114中時，可以開動直線電機138來壓縮位于加壓元件22和靜止元件26之間的樣品容器。結(jié)果，選定體積的樣品便可進入樣品容器內(nèi)的下一個處理單元。優(yōu)選的是，當(dāng)樣品在別的處理單元中進行處理時，樣品收集單元132的加壓元件22和靜止元件26之間的樣品容器仍應(yīng)保留其受壓狀態(tài)，以防樣品從處理單元區(qū)域逸出。
緊接在樣品收集單元132之后的是預(yù)處理單元122。取決于所使用的處理的不同，樣品在進行后續(xù)的處理步驟之前可能需要進行預(yù)處理或準(zhǔn)備處理。預(yù)處理可以包括，例如，將一種試劑或其它物質(zhì)加入樣品并將該混合物培養(yǎng)若干時間。裝置100的預(yù)處理單元122可以實現(xiàn)任何這類預(yù)處理步驟。對PCR測試來說，樣品的預(yù)處理單元122可以用來從諸如血液等生物樣品中提取核酸。在預(yù)處理單元中可以實施任何已知的核酸提取方法，包括使用細(xì)胞溶解試劑、煮沸核酸樣品、GITC、或以甲酰胺來增溶溶解。備選的是，樣品容器內(nèi)可以設(shè)置過濾器來將核酸從不需要的細(xì)胞碎屑中分離出來。
預(yù)處理單元122可以包括一個加壓元件22和一個靜止元件26，二者對置于通道114的兩邊。加壓元件22和/或靜止元件26可以任選地包括一個能量傳輸元件來將諸如熱能等能量傳輸給樣品容器內(nèi)的樣品。能量傳輸元件可以是，例如，一種電加熱元件(諸如Kapton加熱器、Nomex加熱器、Mica加熱器、或硅橡膠加熱器)、一種微波發(fā)生器、一種光源、一種電致冷元件(諸如Peltier元件)、一種超聲換能元件、或任何其它適于傳輸熱能的裝置。加壓元件22和驅(qū)動器24相連，驅(qū)動器24可以是，例如，諸如直線步進作動器、替續(xù)作動器、或螺線管作動器等電磁作動器。當(dāng)預(yù)處理單元122工作時，驅(qū)動器24拉動加壓元件22以打開位于預(yù)處理單元122的加壓元件22和靜止元件26之間的通道114以接納樣品容器。當(dāng)樣品容器進入之后，驅(qū)動器24推動加壓元件22朝靜止元件26前進，使得樣品容器和加壓元件及靜止元件之間具有良好的表面接觸以改善預(yù)處理過程。一旦預(yù)處理步驟完成，驅(qū)動器24進一步推動預(yù)處理單元122的加壓元件22對樣品容器的預(yù)處理段進一步加壓，以將樣品容器中的選定數(shù)量的經(jīng)過預(yù)處理的樣品遷移到下一個處理單元中。
反應(yīng)單元124可以包括多個處理位點150A到150C并優(yōu)選設(shè)置在靠近預(yù)處理單元122的地方。反應(yīng)單元124可以通過使樣品和樣品容器一起在處理位點150A-150C之間可控地遷移的方法來實施樣品的熱循環(huán)。這里所用“熱循環(huán)”一詞是指以一個或多個步驟對樣品進行的加熱和/或致冷過程，并且其中各個步驟發(fā)生時的溫度范圍最好和上一個步驟發(fā)生時的溫度范圍不同。各個處理位點150A-150C的溫度可以通過溫度控制系統(tǒng)152和CPU174保持在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)。盡管該典型實施方案中包括三個處理位點150A-150C，但反應(yīng)單元124可以包括任何數(shù)量的處理位點150，這取決于所使用的熱循環(huán)的不同。備選的是，反應(yīng)單元124可以在同一個選定溫度下對樣品進行培養(yǎng)以實施諸如TMA或SDA過程那樣的等溫反應(yīng)。
在PCR試驗中，熱循環(huán)可以用來對核酸樣品進行變性、退火、伸長(elongate)并借此增強該核酸樣品。PCR熱循環(huán)的各個步驟各發(fā)生在特定的溫度范圍內(nèi)。變性發(fā)生在92℃-96℃；伸長發(fā)生在70℃-76℃；退火發(fā)生在48℃-68℃。PCR熱循環(huán)的每個步驟可以獨立地在反應(yīng)單元124的一個獨立的處理位點中實施，這時，各個處理位點要維持在要求的溫度范圍內(nèi)以有效地實施PCR熱循環(huán)的各個步驟。例如，變性步驟可以在150A處理位點中進行，伸長步驟在150B處理位點中進行，而退火步驟在150C處理位點中進行。備選的是，PCR熱循環(huán)中的一個或多個步驟可以組合在同一個處理位點中進行以減少處理位點的需求。例如，變性步驟可以在150A處理位點中進行，而伸長和退火步驟在150B處理位點中進行，這樣便可不需要第三處理位點。
此外，反應(yīng)單元124中可以設(shè)有一個處理位點，該處理位點采用如Peltier熱電元件那樣的熱能元件來從該處理位點中轉(zhuǎn)移走熱能，從而對樣品進行致冷。例如，在PCR處理中可以設(shè)置一個處理位點，通過將樣品冷卻到冰箱溫度，例如4℃，來保存各個處理步驟之間的核酸樣品。此外，還可任選地設(shè)置一個處理位點來冷卻幾個熱循環(huán)步驟之間的樣品，以減少相繼兩個熱循環(huán)步驟之間的降溫時間。例如，如果變性步驟一般要在92℃-96℃范圍內(nèi)發(fā)生，退火步驟一般發(fā)生在明顯低于此溫度的范圍內(nèi)，例如48℃-68℃范圍內(nèi)，因此可以在變性以后將樣品放在冷卻處理位點中最好在低于退火溫度下進行冷卻，以使樣品溫度更快地到達退火溫度范圍。一個熱循環(huán)處理位點可以任選地包括一個散熱構(gòu)造166，該散熱構(gòu)造166可以連在加壓元件22或靜止元件26上以將熱量從位點上傳出并輻射到周圍環(huán)境中去。
反應(yīng)單元124的每個圖示處理位點都包括一個加壓元件22和一個靜止元件26。每個熱循環(huán)處理位點的加壓元件22都可以和一個驅(qū)動器24相連以使加壓元件22可以可控地朝著靜止元件26前進或后退。如上所述，驅(qū)動器24可以是任何一種能使加壓元件運動(最好是往復(fù)運動)的器件。驅(qū)動器24和控制系統(tǒng)160相連，以控制驅(qū)動器24的運轉(zhuǎn)。在圖7所示的優(yōu)選實施方案中，驅(qū)動器24是一個電磁作動器，該驅(qū)動器24和驅(qū)動器控制系統(tǒng)160相連，該控制系統(tǒng)160可以是，例如，一個控制作動器的往復(fù)運動的控制系統(tǒng)。下面將結(jié)合圖8-12來描述備選的驅(qū)動器、加壓元件以及靜止元件。驅(qū)動器控制系統(tǒng)160和CPU174相連，因此樣品的培養(yǎng)時間、壓強、及樣品在樣品容器內(nèi)的運動速度都由CPU174來控制和協(xié)調(diào)以獲得最佳的反應(yīng)結(jié)果。
每個熱循環(huán)位點150A-150C可以任選地包括一個能量傳輸元件來向樣品容器內(nèi)的樣品傳輸諸如熱能等能量。該能量傳輸元件可以是，例如，一個電加熱元件、一個微波發(fā)生器、一個光源、一個電致冷元件，或任何其它適于傳輸熱能的器件。每個能量傳輸元件都和溫度控制系統(tǒng)152相連，以將相關(guān)處理位點保持在選定溫度范圍內(nèi)。在處理位點150A-150C附近可以設(shè)置一個或多個溫度傳感器，這些溫度傳感器和溫度控制系統(tǒng)152相連以監(jiān)測這些位點的溫度。
在兩個相鄰的處理單元或兩個相鄰的處理位點之間可以任選地設(shè)置至少一層能量絕緣物146以將該處理單元或處理位點和相鄰的單元或位點隔離開。也可在處理位點的邊界上形成一個能量絕緣層以阻止位點和環(huán)境之間發(fā)生的能量交換。能量絕緣物146可以是，例如，一個能量屏蔽層、一個能量吸收層、一個能量反射層、或是一個絕熱體，這取決于所使用的能量傳輸元件的類型。絕熱體可以用低導(dǎo)熱系數(shù)材料諸如陶瓷或塑料制造。在一個實施方案中，絕熱體可以附著在加壓元件及靜止元件上。備選的是，該絕熱體可以和加壓元件及靜止元件分離開，并可獨立地受驅(qū)動器的控制以打開或閉上通道114。在該實施方案中，所有的加壓元件和絕緣層起初都是打開的以便裝填樣品容器，而隨后，絕熱體可以向通道內(nèi)的樣品容器加壓以使容器封閉并在樣品容器內(nèi)形成幾個獨立的段落。此外，可以任選地采用一個彈簧或其它偏置機構(gòu)來偏置各個絕熱體。一個與絕熱體相關(guān)的驅(qū)動器可以通過彈簧元件來向該絕熱體施加足夠的壓力來使培養(yǎng)期間相鄰兩個處理位點間的連接處的樣品的殘留量減至最少，而同時，只要對相鄰處理位點內(nèi)的樣品施加更大的壓力則樣品仍能流過該絕熱體。這種設(shè)計使多絕熱體裝置的工作更為簡單。
在一個備選實施方案中，各個處理位點可以是間隔開的，以免相鄰處理位點之間產(chǎn)生熱傳導(dǎo)，而各位點之間不用再設(shè)置絕熱體。
下面結(jié)合圖13A-13G來對熱循環(huán)反應(yīng)單元124的工作進行總的的描述。熱循環(huán)過程從打開各個處理位點(例如第一處理位點150A、第二處理位點150B、第三處理位點150C)準(zhǔn)備接納通道114中的樣品容器時開始，如圖13A所示。在樣品容器內(nèi)充滿了經(jīng)過預(yù)處理的樣品或是經(jīng)預(yù)處理的樣品從預(yù)處理單元遞送進入反應(yīng)單元124以后，兩個加壓元件22B及22C便各對著相應(yīng)的靜止元件26B及26C前進并使第二處理位點150B及第三處理位點150C閉合，如圖13B所示。在第二處理位點150B和第三處理位點150C閉合時，樣品容器便在加壓元件和靜止元件之間受壓，樣品容器內(nèi)的樣品便遷移進入樣品容器的鄰接第一處理位點150A的一段中。
下一步為加壓元件22A及絕熱體146A可以對樣品容器加壓以調(diào)整位于第一處理位點150A的一段樣品容器內(nèi)的樣品的體積及表面積/體積的比值。絕熱體146A此后便可閉合起來以將樣品密封在第一處理位點150A中，如圖13C所示。備選的是，如果裝置100設(shè)有樣品預(yù)處理單元，該預(yù)處理單元便可用來將樣品容器封閉在第一處理位點150A中。其它可供選擇的方案如下面將要討論那樣包括在樣品容器裝入樣品后對其進行預(yù)密封，或是在樣品容器的相鄰反應(yīng)區(qū)域之間設(shè)置壓強選通門。一旦樣品被密封在第一處理位點150A中，便可在該處理位點中對其進行加熱或冷卻。在PCR熱循環(huán)中，樣品可以被加熱到使核酸樣品有效地發(fā)生變性的溫度。優(yōu)選的是，樣品容器受到加壓元件22A的壓縮而與加壓元件22A及靜止元件16A相接觸，其目的為壓平該樣品容器并保證樣品容器和加壓元件22A及靜止元件26A之間有良好的熱接觸。備選的是，在反應(yīng)期間，加壓元件22A還可周期性地擠壓樣品容器以對樣品進行攪拌并使其在樣品容器的這一段內(nèi)流動，以加快反應(yīng)速度。
經(jīng)過一段預(yù)定的時間后，可以打開第二處理位點150B以允許樣品遷移進入該處理位點，如圖13D所示。接著，第一處理位點150A閉合并擠壓樣品容器以將容器內(nèi)的樣品整個地遷移進入位于第二處理位點150B的那一段樣品容器內(nèi)，如圖13E所示。接著，第三處理位點150C打開以允許樣品遷移進入該處理位點，如圖13F所示。隨后，第二處理位點150B閉合并擠壓樣品容器以將容器內(nèi)的樣品整個地遷移進入位于第三處理位點150C的那一段樣品容器內(nèi)，如圖13G所示。隨后，樣品便可在第三處理位點150C中加熱或冷卻一段設(shè)定的時間。舉例來說，在PCR熱循環(huán)中，樣品可以在第三處理位點150C中加熱到核酸樣品能夠有效地進行退火的溫度。散熱構(gòu)造166可以通過將過多的熱量耗散到周圍環(huán)境中去的途徑而有助于使溫度更快地從第一處理位點150A處的變性溫度下降到第三處理位點150C處的退火溫度。于是，樣品可以從第一處理位點處的變性階段遷移進入第三處理位點處的退火階段。
經(jīng)過一段預(yù)定的時間后，第二處理位點150B打開以允許樣品遷移進入該處理位點，如圖13F所示。然后，第三處理位點150C閉合并擠壓樣品容器16以將容器內(nèi)的樣品整個地遷移進入鄰接第二處理位點150B的那一段樣品容器內(nèi)，如圖13E所示。隨后，樣品便可在第二處理位點150B中加熱或冷卻一段設(shè)定的時間。舉例來說，在PCR熱循環(huán)中，樣品可以加熱到核酸樣品能夠有效地進行伸長的溫度。當(dāng)伸長階段結(jié)束后，樣品可以回到位于第一處理位點150A處的那一段樣品容器中以重復(fù)此循環(huán)，亦即變性、退火、及伸長。如果PCR熱循環(huán)已經(jīng)完成，樣品便可遷移到位于樣品檢測單元126處的那一段樣品容器中。
在圖示的熱循環(huán)反應(yīng)單元124中，樣品可以在該反應(yīng)單元124的第一處理位點150A處進行變性，在第三處理位點150C處進行退火，在第二處理位點150B處進行伸長。這樣的排列，其熱力學(xué)效率相信是較高的。但是，本專業(yè)的技術(shù)人員都會知道，PCR熱循環(huán)可以在任何處理位點中發(fā)生，而這仍不脫離本發(fā)明的范圍。
使用本發(fā)明反應(yīng)單元124所實現(xiàn)的樣品熱循環(huán)和采用常規(guī)熱循環(huán)裝置相比，其熱循環(huán)速度更快，其能耗更低。樣品容器在反應(yīng)單元124的作用下的變形，亦即被壓平，使得樣品容器的表面積/體積的比值明顯提高，樣品容器和反應(yīng)單元的各個元件的接觸面積也明顯提高。這就使得反應(yīng)單元124的各個處理位點能更直接地對樣品進行加熱，提高了樣品溫度的爬升速率，避免了各個元件的不必要的溫度爬升從而減少了能量消耗。同樣重要的是，樣品容器的改變形使得熱能可以更均勻地傳輸給樣品，這使反應(yīng)混合物的溫度梯度大大減小。該反應(yīng)單元124還使得樣品在從一個處理位點遷移到另一個處理位點過程中由于流體的流動而得到更進一步的混合。
另外，反應(yīng)單元124允許使用一次性的樣品容器，這便將樣品的污染、反應(yīng)單元的污染、以及操作人員遭受的生物危害降至最小。此外，由于樣品在處理過程中是在樣品容器內(nèi)遷移的，因此反應(yīng)單元上便不需再設(shè)置流體傳遞系統(tǒng)。
在圖7中，反應(yīng)單元124可以任選地包括一個反應(yīng)傳感器168，其用途為通過對樣品(包括與樣品進行反應(yīng)所生成的任何反應(yīng)產(chǎn)物)進行分析來實時地監(jiān)測反應(yīng)單元124內(nèi)的反應(yīng)。該反應(yīng)傳感器168可以包括一個集成在該傳感器中的光源169，其用途為將激發(fā)能量施加到樣品容器內(nèi)的樣品上。備選的是，可以設(shè)置一個獨立于反應(yīng)傳感器168之外的光源或其它激發(fā)能量源。反應(yīng)傳感器168可以是一個例如測量樣品或樣品中的熒光探針?biāo)l(fā)出的熒光的光學(xué)傳感器。在PCR的情況下，任何已知的實時PCR檢測系統(tǒng)都可以使用，包括例如將諸如溴化3，8-二氨基-5-乙基-6-苯基菲啶鎓那樣的熒光染料插入到DNA分子內(nèi)；使用一種用報告染料(reporteddye)和淬熄染料(quenching dye)標(biāo)記的雙標(biāo)記探針；或使用雜交探針，僅當(dāng)兩個探針雜交并非常接近時其才會導(dǎo)致熒光諧振能量轉(zhuǎn)移(FRET)。在所有這些途徑中，熒光信號實質(zhì)上都和增強后的特定DNA產(chǎn)物的數(shù)量成正比。用來檢測樣品發(fā)出的熒光的反應(yīng)檢測傳感器168最好設(shè)置在退火處理位點或反應(yīng)單元的其它處理位點處，這取決于所選用的化驗類型。當(dāng)要求檢測多個波長的光線時，可以使用多個傳感器或一個光譜傳感器。檢測信號發(fā)送給CPU174以進一步的分析生成物的數(shù)量。
圖7中，裝置100設(shè)有樣品檢測或分析單元126以對經(jīng)過反應(yīng)單元124處理的樣品進行分析。分析單元126最好設(shè)置在靠近反應(yīng)單元124的地方。在本發(fā)明的一個實施方案中，設(shè)有一個諸如光源那樣的激發(fā)能量源，該能量源可以將激發(fā)能量施加到樣品上。該實施方案中還設(shè)有一個如光學(xué)傳感器那樣的信號檢測器，該檢測器可以檢測樣品響應(yīng)激發(fā)光的照射而發(fā)射出來的光線。特殊的具有說明性的實施方案包括檢測透過樣品的光線、檢測樣品的反射光、檢測樣品的散射光、以及檢測樣品發(fā)射的光。所檢測到的光線作為傳感器的信號輸出可以由設(shè)置在裝置內(nèi)的CPU174通過已知的信號處理算法進行分析。適用的使用光源及一個或多個光學(xué)傳感器的樣品分析系統(tǒng)所檢測的信號包括指定波長光線的強度、光線的相位或光譜、以及信號的位置。作為例子，美國專利申請No.09/339,056所述的流動誘導(dǎo)測試系統(tǒng)及美國專利申請No.09/339,055所述的多層測試系統(tǒng)二者都描述了適用的樣品分析系統(tǒng)。這里并入這兩項專利申請以作參考。
在以PCR為基礎(chǔ)的化驗中，可以如圖7和圖14所示那樣利用凝膠電泳和毛細(xì)管電泳來分析核酸樣品。適用的核酸尺寸凝膠(sizing gels)包括瓊脂糖和聚丙烯酰胺。凝膠184可以在進行處理時導(dǎo)入樣品容器16，最好是如下面將更詳細(xì)描述那樣預(yù)先充填在樣品容器的分析段210中。典型的分析單元126包括一個對核酸樣品進行照明的光源170、凝膠、以及一個單排的電荷耦合器件(CCD)形式的光學(xué)傳感器172。電極作動器176將正電極180及負(fù)電極182插入樣品容器16內(nèi)。正電極180和負(fù)電極182連到一個電壓源上以在二者之間形成一個電位差。由于核酸產(chǎn)物是帶負(fù)電荷的，因此樣品內(nèi)的核酸將透過凝膠184而運動到正電極180上。凝膠通過其篩分作用而將樣品的各個組分分離開，諸如核酸產(chǎn)物等小尺寸組分將比大尺寸組分移動得更快、更遠(yuǎn)。凝膠中可以導(dǎo)入一種適用的染料或熒光標(biāo)記物以識別核酸產(chǎn)物。從光源170發(fā)出的光線可以照明凝膠中帶有染料或熒光標(biāo)記物的核酸產(chǎn)物，而光學(xué)傳感器172則可識別出被照明的核酸產(chǎn)物。光學(xué)傳感器172的輸出信號可以通過CPU174按照已知的信號處理方法來進行分析以確定核酸樣品的存在、不存在、數(shù)量、或其它情況。
備選的是，核酸樣品可以用常規(guī)的核酸分析方法進行分析，例如化學(xué)發(fā)光法、熒光標(biāo)記引物法、抗體捕獲法、DNA芯片法、和/或磁珠檢測法等。
本專業(yè)的技術(shù)人員都會知道，本發(fā)明的樣品處理裝置的上述典型實施方案的處理單元和處理位點可以按任何次序來排列，這取決于所要處理的樣品及所用的處理方法而定。本發(fā)明的樣品處理裝置可以包括上面已經(jīng)描述過的各種處理單元及處理位點的任何組合以及除此以外的處理單元及處理位點。這類處理單元及處理位點是正在閱讀本專利公開的本專業(yè)的技術(shù)人員所公知的。此外，該樣品處理裝置可以僅包括單個處理單元，諸如一個用來對樣品進行熱循環(huán)處理的反應(yīng)單元等等；或是可以僅僅包括單個處理位點，諸如一個用來遷移一定體積的試劑或樣品的處理位點等等。
圖8-12所示為按照本發(fā)明的對樣品進行熱循環(huán)處理的反應(yīng)單元250的幾個備選實施方案。反應(yīng)單元250可以包括一個或多個用來容納一個或多個樣品容器16的通道252。圖8-12所示的實施方案具有三個通道252，該裝置最多可同時對三個樣品進行熱循環(huán)處理。反應(yīng)單元250包括三個處理位點一個第一處理位點254、一個第二處理位點256、一個第三處理位點258。在各個處理位點之間和第一處理位點254的頂部及第三處理位點158的底部設(shè)有絕熱體160A一260D。
由圖8及圖10可見，第一處理位點254、第二處理位點256、及第三處理位點258中各埋入了一個加熱元件262用來對進入通道252的樣品容器內(nèi)的樣品進行加熱。該加熱元件可以是一個Kapton加熱器、一個Nomex加熱器、一個Mica加熱器、一個硅橡膠加熱器、或任何其它適于遞送熱能的熱能傳輸元件。加熱元件262可以安裝在處理位點254內(nèi)的一個凹槽264內(nèi)并以粘結(jié)劑或其它附著手段固定在處理位點中。每個處理位點中的加熱元件262最好和一個溫度控制器266相連以對加熱元件的溫度進行控制。處理位點254內(nèi)可以設(shè)置一個或多個溫度傳感器168以測量處理位點254的溫度。溫度傳感器268可以和溫度控制器266相連，因此溫度控制器266可以以反饋控制的方式監(jiān)測并調(diào)節(jié)處理位點的溫度。
在圖10和11中，每個處理位點包括一個靜止元件270和一個加壓元件272。該加壓元件272及靜止元件270適于可控地對一個或多個通道252內(nèi)的樣品容器加壓以使該樣品容器內(nèi)的樣品產(chǎn)生位移。加壓元件272的形狀最好能和靜止元件270互補并包括多個指狀的閉合元件或閘板274，這些閉合元件或閘板274的尺寸和形狀設(shè)計得使其可在通道252內(nèi)滑動。在加壓元件的兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)軌276。導(dǎo)軌276的尺寸及形狀最好設(shè)計得和靜止元件170側(cè)壁上的溝槽278相適配。導(dǎo)軌276和溝槽278合在一起使得加壓元件272可作相對于靜止元件270的往復(fù)運動以可控地開啟并閉合通道252。
每個絕熱體260可以用和處理位點相似的方式來成形。例如，絕熱體160B包括一個絕熱體靜止元件280和一個絕熱體加壓元件282，該加壓元件282及靜止元件280適于對一個或多個通道252內(nèi)的樣品容器加壓。加壓元件282包括多個指狀的閉合元件或閘板284，這些元件或閘板284的尺寸和形狀設(shè)計得使其可在通道252內(nèi)滑動，以可控地開啟并閉合通道252。
每個加壓元件272及絕熱體加壓元件282都連有一個如上所述的諸如電磁驅(qū)動機構(gòu)那樣的驅(qū)動器或是任何其它類型的機構(gòu)，以驅(qū)動加壓元件(最好是使其作往復(fù)運動)。每個加壓元件上可以連有一個臂286以作加壓元件和驅(qū)動器之間的連接件，如圖9-11所示。在圖10所示的實施方案中，臂186是一個空心的管件，該管件中裝有螺旋彈簧288及銷290。彈簧288將加壓元件272、282分別朝著遠(yuǎn)離靜止元件270及絕熱體靜止元件280的方向偏置。這里所使用的諸如螺旋彈簧那樣的彈性元件是一個簡單的構(gòu)造，但這樣簡單的構(gòu)造卻能協(xié)助驅(qū)動器來調(diào)節(jié)施加到樣品容器上的壓力。驅(qū)動器可以是一個如圖8所示的驅(qū)動一個旋轉(zhuǎn)軸的電機292。每個加壓元件272、282都配置了一個凸輪294。所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運動可以通過凸輪294而轉(zhuǎn)變成往復(fù)運動。凸輪294和臂286相連。凸輪294可以按照常規(guī)的凸輪設(shè)計方法設(shè)計成可以可控地使加壓元件272及282打開和閉合。
在反應(yīng)單元的一個備選實施方案中，每個處理位點及絕熱體的加壓元件272及282都包括用來安裝一個凸輪294和一個園柱彈簧元件298的孔296。每個彈簧元件298都將一個相應(yīng)的加壓元件朝著遠(yuǎn)離對應(yīng)靜止元件的方向偏置。凸輪294和彈簧元件298的聯(lián)合作用，使得作動器作往復(fù)運動并可調(diào)節(jié)作用在樣品容器上的壓力。
圖19A-19C所示為本發(fā)明的反應(yīng)單元的另一個實施方案。圖中，反應(yīng)單元350包括九個通道352以最多同時容納九個樣品容器。反應(yīng)單元350包括三個處理位點一個第一處理位點354、一個第二處理位點356、及一個第三處理位點358。在緊靠每個處理位點處和第一處理位點的頂部處及第三處理位點底部處都設(shè)有絕熱體360A-360D。頂部絕熱體360A及底部絕熱體360D是可以獨立于對應(yīng)的第一處理位點354及第三處理位點358而運動的。中間絕熱體360B及360C則對應(yīng)地和第一處理位點354及第二處理位點356相連。
每個處理位點包括一個靜止元件370和一個互補的加壓元件372，這兩個元件適于對一個或多個通道352內(nèi)的樣品容器可控地加壓，從而使得樣品容器內(nèi)的樣品產(chǎn)生位移。每個靜止元件370上具有一個凸出物374，每個凸出物374對準(zhǔn)反應(yīng)單元中的一個通道352。每個加壓元件372上也具有一個凸出物376，該凸出物376位于通道352的相反一側(cè)上。當(dāng)一個加壓元件372在對應(yīng)的靜止元件370上滑動時，凸出物374及376協(xié)同起作用而將位于二者之間的通道352閉合。
每個加壓元件372以及中間絕熱體360B、360C都包括一個臂380，臂380通過凸輪384和轉(zhuǎn)軸382相連。每個靜止元件370上連有一個靜止的絕熱元件362，每個絕熱元件362對準(zhǔn)一個通道352的一個邊緣。每個靜止的絕熱元件362都插入到一個活動的絕熱體加壓元件360的一個通道中，以提供反作用力來打開或閉合該通道。轉(zhuǎn)軸382由一個步進電機或伺服電機386來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。凸輪384將轉(zhuǎn)軸382的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變成直線的往復(fù)運動，該往復(fù)運動施加到臂380上以可控地打開和閉上通道352并對其中的樣品容器加壓。
每個臂380包括一個內(nèi)軸390，該內(nèi)軸390安裝在外套筒392內(nèi)。在內(nèi)軸390和相應(yīng)的加壓元件或絕熱體之間設(shè)有一個彈簧394。在相應(yīng)加壓元件或絕熱體的和彈簧394相對的一側(cè)還設(shè)有一個第二彈簧396。兩個彈簧394及396協(xié)同起作用，使得相應(yīng)加壓元件或絕熱體沿著臂380的軸線方向“浮動”起來。通過這種方式，臂380可以將足夠的力作用到加壓元件或絕熱體上以對通道352內(nèi)的樣品容器加壓，從而使幾乎所有的樣品從樣品容器的加壓部位上遷移開。當(dāng)樣品容器內(nèi)的壓強由于，例如，樣品容器的相鄰部位的擠壓而增加時，由于兩個彈簧394、396允許加壓元件或絕熱體沿著彈簧軸向有微小的位移，樣品容器內(nèi)的樣品便可通過樣品容器的加壓部位而在其中遷移。
每個靜止元件370和加壓元件372中可以為每個通道352埋入一個熱能傳輸裝置398以對通道352中的樣品容器進行加熱。此外，靜止元件370和加壓元件372中可以包括和每個熱能傳輸裝置398相關(guān)的溫度傳感器399以監(jiān)測樣品容器的溫度。
圖15A和15B所示為按照本發(fā)明的樣品容器16的幾個實施方案。圖中的樣品容器16是一個封閉的細(xì)管組合件，該組合件為樣品提供了一個可消納的一次性使用的容器及反應(yīng)罐。樣品容器16可以由彈性的可壓縮、可彎曲并且具有超高強度的材料諸如聚乙烯、或聚氨酯制成。樣品容器16的構(gòu)造特點可以是無縫、薄壁、具有可壓平的橫斷面形狀。這種構(gòu)造在快速而均勻地傳熱、與樣品的接觸表面大、以及能承受高壓等方面是最佳的。優(yōu)選的是，樣品容器的壁面形狀在垂直于其縱軸的加壓方向上是收斂的，這樣，當(dāng)加壓時樣品容器的加壓部分的容積會減少而表面積和容積的比值則是增加的，于是，樣品容器就不會破壞。在一個圖示的優(yōu)選實施方案中，樣品容器16的壁厚為約0.01毫米到0.5毫米。實驗結(jié)果表明，壁厚在該優(yōu)選范圍之間的樣品容器對樣品的加熱效率明顯加大。在一個備選實施方案中，可以使用雙層壁的構(gòu)造，其中內(nèi)壁使用諸如聚乙烯或聚氨酯等生物相容性材料，而外壁則使用諸如高密度聚乙烯或鋁箔等低可透性材料。此外，樣品容器的部分壁面(例如樣品容器16的檢測段)所用的材料可以選用對選定波長范圍的光線是透明的，以便對樣品容器內(nèi)的樣品進行光學(xué)分析。
樣品容器16可以由一個或多個壓強選通門32分隔為多個段落。例如，在PCR測試的情況下，樣品容器可以分隔為一個樣品收集段205、一個樣品預(yù)處理段206、一個樣品反應(yīng)段208、以及一個樣品分析段210。圖示的壓強選通門32是管形的樣品容器16的內(nèi)部構(gòu)造。在正常的工作條件下，該壓強選通門32在樣品容器16的各段落之間對于流體來說是一個嚴(yán)密的密封件。優(yōu)選的是，當(dāng)作用的壓強大于某個值時(例如，約3個大氣壓時)壓強選通門32便打開。當(dāng)對樣品容器中的一個段落施加外壓時，壓強選通門32便可打開，并且允許樣品從高壓隔段流動到低壓隔段內(nèi)。
樣品容器16可以包括一個把手部分，該把手部分具有基本上是剛性的構(gòu)造以便于握住樣品容器。把手部分可以和一個或多個用來保存樣品的樣品容器段落相連。作為例子，把手部分可以是一個用諸如塑料或金屬等基本剛性的材料制成的圓柱形套筒構(gòu)造，其尺寸和形狀設(shè)計成可以和樣品容器的一個或多個段落相適配。在一個實施方案中，該圓柱形套筒可以是活動的、可更換的。備選的是，把手部分可以是一個諸如剛性環(huán)那樣的剛性段落，該剛性段落位于樣品容器的末端或兩個段落之間。在圖15A和15B所示的兩個實施方案中，把手部分屬于樣品容器的一個段落，該段落具有較厚的壁厚。作為例子，樣品收集段205和樣品預(yù)處理段206的壁厚大于反應(yīng)段208。壁厚的加大使得樣品收集段205和樣品預(yù)處理段206具有足夠的剛性而便于握住樣品容器16。在一個實施方案中，把手部分的壁厚為大于0.3毫米。
樣品容器16可以如圖15A所示那樣包括一個諸如取樣管或針頭107那樣的工具，其用途為直接將待處理分析的樣品采集進入樣品容器16內(nèi)。針頭207可以位于樣品容器16的一個端頭上，并且可以通過一個形成在樣品容器16壁上的導(dǎo)管209連接在樣品收集段205上。針頭207在使用前或使用后可以套上一個針頭套211。針頭套211可以是，例如，一個透明的橡膠套或可拆卸的塑料套。
在另一個如圖15B所示的實施方案中，可以在蓋子212上連接一個取樣工具214，該工具214可以是諸如一個滴管、一個細(xì)桿、或一個鑷子。蓋子212可以有選擇地將形成在樣品容器上的一個導(dǎo)管或通道209封閉上。蓋子212中可以包括一個容腔216。該容腔216在取樣過程中可以用來保存試劑和樣品。取樣時，可以將蓋子212從樣品容器上取下以顯露出取樣工具214。取樣工具214可以通過吸取、擦拭、鑷取的方法來采集樣品。采集后，可將取樣工具214通過導(dǎo)管209插入樣品收集段205中。可以用擠壓容腔216的方法來將腔內(nèi)的樣品擠到樣品收集段205中。備選的是，樣品采集后可以用一個獨立的工具將其導(dǎo)入到樣品容器的樣品收集段或別的段落中，這取決于樣品容器中存在什么段落。
如上所述，樣品容器16特別適用于以本發(fā)明樣品處理裝置來進行PCR測試。例如，在樣品容器16的樣品預(yù)處理段206中可以實施核酸的提取。為此，可以將一種萃取試劑導(dǎo)入到樣品預(yù)處理段206中以從初始樣品中提取核酸。這種萃取試劑包括例如Bioventures提供的Gene ReleaserTM、CPGBiotech提供的Release-IT、或Pierce提供的Lyse-N-GoTM等細(xì)胞溶解試劑，或其它萃取試劑。萃取試劑可以儲存在預(yù)處理段206中或遞送到這一段中。此外，樣品容器的預(yù)處理段206中可以設(shè)有一個或多個過濾器用來將核酸從不需要的細(xì)胞碎屑中分離出來。
在經(jīng)過一段時間的培養(yǎng)后，一部分經(jīng)過預(yù)處理的樣品可以遷移進入反應(yīng)段208。對于一個體積約5微升到25微升的反應(yīng)樣品來說，按照本發(fā)明的圖示實施方案的樣品容器16的PCR反應(yīng)段208其壁厚(圖15A中以字母t表示)為約0.01毫米到0.3毫米，其直徑小于約6毫米，長度小于約30毫米。諸如核苷、寡核苷酸、引物、酶等PCR試劑可以是預(yù)先包裝在一個或多個反應(yīng)段206中，或可在樣品導(dǎo)入這些段落之前使用例如下面還將描述的試劑注射盒通過針頭將試劑透過樣品容器的壁遞送進入這些段落206。
可以用預(yù)包裝試劑儲存段214來儲存預(yù)包裝試劑。這類試劑儲存段可以形成在任何兩個相鄰的處理位點之間，并且可以用來儲存反應(yīng)所需的任何試劑。例如，試劑儲存段214可以儲存PCR試劑，而下面將要描述的試劑儲存段236、244則用來儲存檢測試劑。如果使用了試劑儲存段214，則可在樣品容器16的試劑儲存段214處進行加壓以使其中的試劑遷移進入預(yù)處理段206。備選的是，樣品可以從預(yù)處理段206遷移進入試劑儲存段214，并在那里和試劑進行混合后再進入反應(yīng)段208。
樣品容器中可以如圖16所示那樣形成一個自密封的注射通道218，以使試劑或其它物質(zhì)能更容易地遞送進入樣品容器。圖示的自密封注射通道218中正常情況下是沒有流體存在的，并且可以和樣品容器中的相鄰段落流體相通。試劑最好要在任何樣品進入該段落之前通過該注射通道注入，以避免污染。此外，本發(fā)明的樣品處理裝置使用了一個如圖17所示的帶有一個或多個針頭222的反應(yīng)盒220(reaction cartridge)，該一個或多個針頭和一個或多個容腔流體相通。反應(yīng)盒220可以用來向樣品容器的多個段落同時或先后注射或分配試劑或其它物質(zhì)。美國專利申請No.09/339.056描述了適用的自密封注射通道和反應(yīng)盒，這里并入該項專利申請以作參考。
本專業(yè)的技術(shù)人員都會看出，盡管樣品容器的壁可以優(yōu)選為在該容器的圓周方向及縱軸方向都是一致的，在該容器的圓周方向和/或縱軸方向上僅有一部分壁是彈性而可壓縮的并且具有最佳的厚度，以使樣品容器能被壓平。因此，樣品容器并不一定需要具有均勻一致的縱向剖面或橫向剖面。
樣品容器16的反應(yīng)段208可以用來實施PCR熱循環(huán)。薄的壁厚、可壓縮的構(gòu)造使得樣品容器16中的熱循環(huán)效率及速率得以大大地提高。樣品容器的這種構(gòu)造使其能夠容易地變形或被壓平，這增加了樣品容器和裝置10的反應(yīng)單元的熱接觸，并且增加了樣品容器內(nèi)的樣品的面積/體積比值。結(jié)果，反應(yīng)混合物的溫度變化速率提高，熱量能更均勻地傳輸?shù)綐悠飞稀?br> 樣品容器16內(nèi)可以實施PCR分析。作為例子，很多實時檢測方法可以在反應(yīng)段208內(nèi)進行；凝膠電泳或其它的核酸檢測方法可以在分析段210內(nèi)進行以對樣品進行分析。在凝膠電泳的情況下，可以如上面已經(jīng)結(jié)合圖14描述過的那樣向分析段210中導(dǎo)入一種凝膠以促進凝膠電泳。
在一個如圖15A所示的優(yōu)選實施方案中，分析段210被一個通過中心的隔板234分隔成兩個電泳毛細(xì)室，亦即一個樣品毛細(xì)室230及一個控制毛細(xì)室232。在兩個毛細(xì)室的兩端各設(shè)有一個壓強選通門32用來控制進入各個毛細(xì)室的樣品和試劑的運動。每個毛細(xì)室內(nèi)充滿一種電泳凝膠，因此兩個毛細(xì)室內(nèi)可以同時實施凝膠電泳。在樣品容器的壁中可以為兩個毛細(xì)室各設(shè)一對電極240。在樣品毛細(xì)室230的近端處可以設(shè)置一個試劑儲存段236，其用途為在樣品進入樣品毛細(xì)室230之前將試劑儲存在樣品容器中。在控制毛細(xì)室232的近端處可以設(shè)置一個控制物質(zhì)儲存段242，其用途為儲存控制物質(zhì)。在兩個毛細(xì)室的遠(yuǎn)端處設(shè)有一個用來儲存試劑的試劑段244，該試劑段244和樣品毛細(xì)室230及用來檢測或顯示信號的控制毛細(xì)室232二者都相通。由于設(shè)有控制毛細(xì)室232來為樣品分析提供一個對比基礎(chǔ)，因而使樣品的檢測及分析工作得以簡化。
本專業(yè)的技術(shù)人員都會知道，樣品容器中的分段數(shù)目取決于待處理的樣品和所使用的處理方法。例如，在PCR測試的情況下，樣品容器中的分段數(shù)目可以是三個或更多。備選的是，熱循環(huán)和分析可以在同一個段落內(nèi)進行，這樣就可將分段數(shù)目降至兩個。在某些情況下，作為例子，一種等溫的核酸增強方法可以僅需一個段落。
圖18所示的樣品容器416特別適用在諸如圖6所示的樣品處理裝置那樣的多通道樣品處理裝置中。樣品容器416包括一個用來容納樣品的通道420、一個用來可選擇地關(guān)上通道420并使其密封的蓋子或封頭424、以及一個可以在里面處理樣品的樣品保存部分426。通道420形成在手柄部分428上，該手柄部分428最好用諸如塑料或金屬等基本剛性或半剛性的材料制成，以便于握持樣品容器416。該手柄部分428包括一個圈環(huán)430，蓋子424便蓋在該圈環(huán)430上。樣品可以通過該通道420導(dǎo)入樣品容器416的樣品保存部分426中。圈環(huán)428最好是錐形的，其直徑從口上向容器內(nèi)部逐漸縮小到等于樣品保存部分426的直徑。樣品保存部分426最好用諸如聚乙烯或聚氨酯等彈性可壓縮、可彎曲、并具有超高強度的材料制成。樣品保存部分426可以具有一個無縫、可壓平的橫斷面形狀以及薄壁的構(gòu)造形式，這種構(gòu)造形式對于快速并均勻地傳熱、樣品的最大表面接觸、以及耐高壓等方面是最佳的。在一個實施方案中，樣品保存部分426的壁厚為約0.01毫米到0.3毫米。在導(dǎo)入樣品之前，樣品保存部分426最好是呈壓平狀態(tài)。隨著樣品的導(dǎo)入，樣品保存部分426的兩壁將逐漸分離，其容積將逐漸增加。對樣品保存部分426中的選定部位施加壓力，可以使樣品沿著樣品容器的長度方向遷移到樣品保存部分的其它部位中去。樣品容器的表面可以進行化學(xué)處理以降低容器表面對反應(yīng)的影響。
以上結(jié)合圖14-16以及圖18所描述的樣品容器實施方案并不限于僅在這里描述過的樣品處理裝置實施方案中使用。本發(fā)明的樣品容器可以在任何樣品試驗系統(tǒng)或樣品分析系統(tǒng)中使用。同樣，本發(fā)明的樣品處理裝置并不限于僅使用以上描述過的樣品容器。其它樣品容器都可以在本發(fā)明的樣品處理裝置中使用而不脫離本發(fā)明的范圍。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可對上述構(gòu)造作某些改變。以上的描述和附圖中的所有內(nèi)容僅是為了對本發(fā)明進行舉例說明和描述而不具有限制性。
下面的權(quán)利要求書將覆蓋所有的上面已經(jīng)描述過的本發(fā)明的一般的及特殊的特征，所有的關(guān)于發(fā)明范圍的陳述將以文字的形式載入其中。
描述完說明書后，下面通過權(quán)利要求對本發(fā)明進行限定。
權(quán)利要求
1.一種用于對樣品進行處理的裝置，該裝置包括處理單元，該處理單元具有用于容納樣品容器的通道以及至少一個沿著該通道排列的處理位點，該處理位點具有加壓元件，該加壓元件適于對所述通道內(nèi)的樣品容器加壓從而使該樣品容器的包含物在該樣品容器內(nèi)遷移。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其中所述處理位點還包括能量傳輸元件，其用于對樣品容器內(nèi)的包含物輸入或轉(zhuǎn)移出能量，和與該能量傳輸元件相連的控制系統(tǒng)，其用于控制輸入給該包含物或從該包含物轉(zhuǎn)移出的能量。
3.按照權(quán)利要求2的裝置，該裝置還包括位于所述處理位點附近的能量絕緣體。
4.按照權(quán)利要求2的裝置，其中所述能量傳輸元件是電加熱元件、微波源、光源、超聲源、和致冷元件中的至少一種。
5.按照權(quán)利要求2的裝置，其中所述能量傳輸元件對樣品容器內(nèi)的包含物輸入或取出熱能。
6.按照權(quán)利要求2的裝置，該裝置還包括與所述控制系統(tǒng)相連的溫度傳感器。
7.按照權(quán)利要求2的裝置，其中所述處理位點還包括散熱構(gòu)造。
8.按照權(quán)利要求1的裝置，其中所述處理位點包括在所述通道的斷面上與所述加壓元件對置的靜止元件，其中該加壓元件對著該靜止元件向通道內(nèi)的樣品容器加壓。
9.按照權(quán)利要求1的裝置，該裝置還包括與所述加壓元件相連的驅(qū)動器以選擇性地驅(qū)動該加壓元件對通道內(nèi)的樣品容器加壓。
10.按照權(quán)利要求9的裝置，其中所述驅(qū)動器是電機，其通過凸輪與所述加壓元件相連。
11.按照權(quán)利要求9的裝置，其中所述驅(qū)動器是電磁作動機構(gòu)。
12.按照權(quán)利要求1的裝置，該裝置還包括至少一個用來檢測樣品容器內(nèi)包含物所發(fā)信號的傳感器。
13.按照權(quán)利要求12的裝置，該裝置還包括能量源，其用于向樣品容器內(nèi)的包含物施加能量以使該包含物發(fā)出信號。
14.按照權(quán)利要求12的裝置，該裝置還包括電泳系統(tǒng)，該電泳系統(tǒng)包括一對電極及電極作動器，該一對電極之間具有預(yù)定的電位差，該電極作動器的用途為將該一對電極插入所述樣品容器中。
15.按照權(quán)利要求1的裝置，該裝置還包括試劑注射器盒作動器，該試劑注射器盒作動器適合于安裝有試劑注射器盒，該試劑注射器盒具有至少一個針頭，該針頭和試劑容腔流體相通，該試劑注射器盒作動器的用途為驅(qū)動該試劑注射器盒將一定量的試劑注射到所述樣品容器內(nèi)。
16.按照權(quán)利要求1的裝置，其中被所述加壓元件加壓遷移的所述包含物為樣品。
17.按照權(quán)利要求2的裝置，其中被所述加壓元件加壓遷移的所述包含物為試劑。
18.一種用來容納樣品的樣品容器，該樣品容器包括用來容納樣品的樣品保存部分，該樣品保存部分具有由柔性材料制成的壁部構(gòu)造，該壁部構(gòu)造允許該樣品保存部分的選定部位基本上被壓平；以及一個和所述樣品保存部分相連的把手部分，該把手部分具有基本上是剛性的構(gòu)造以便于握住所述樣品容器。
19.按照權(quán)利要求18的樣品容器，其中所述樣品保存部分是一個細(xì)管。
20.按照權(quán)利要求18的樣品容器，還包括位于該容器的樣品保存部分內(nèi)的至少一個壓強選通門以將該樣品保存部分分隔成多個段落。
21.按照權(quán)利要求20的樣品容器，其中至少一個段落在其結(jié)構(gòu)內(nèi)包括過濾器，以將樣品物質(zhì)中的選定組分從樣品物質(zhì)的其它組分中分離出來。
22.按照權(quán)利要求20的樣品容器，其中至少一個所述段落含有試劑。
23.按照權(quán)利要求22的樣品容器，其中所述試劑為抗凝固劑、細(xì)胞溶解試劑、核苷、酶、DNA聚合酶、模板DNA、寡核苷酸、引物、抗原、抗體、染料、標(biāo)記物、分子探針、緩沖劑、及檢測材料中的至少一種。
24.按照權(quán)利要求20的樣品容器，其中所述樣品保存部分包括含有電泳凝膠的電泳段。
25.按照權(quán)利要求24的樣品容器，其中該電泳段包括一對適于在它們之間保持預(yù)定電位差的電極。
26.按照權(quán)利要求20的樣品容器，其中至少一個段落包含多個用來分析樣品的元件。
27.按照權(quán)利要求20的樣品容器，其中至少一個段落包含用來分析樣品的微陣列生物芯片。
28.按照權(quán)利要求18的樣品容器，其中所述樣品保存部分包括在那里形成的自密封注射通道，該自密封注射通道在正常狀態(tài)下基本上不存在樣品物質(zhì)但是能夠和樣品保存部分內(nèi)的樣品物質(zhì)流體相通。
29.按照權(quán)利要求18的樣品容器，該容器還包括用來獲得樣品的工具，該工具連在該樣品容器上。
30.按照權(quán)利要求18的樣品容器，其中該容器的所述把手部分包括一個用來接受樣品的通道。
31.按照權(quán)利要求30的樣品容器，該容器還包括用于選擇性封閉通道的蓋子，其中該蓋子抵靠設(shè)置在所述把手上以將所述通道封閉。
32.按照權(quán)利要求31的樣品容器，該容器還包括用來獲得樣品的工具，該工具連在該樣品容器的所述蓋子上。
33.按照權(quán)利要求18的樣品容器，其中所述樣品保存部分的壁厚為小于或等于0.3毫米。
34.按照權(quán)利要求18的樣品容器，其中所述把手部分的壁厚大于所述樣品保存部分的壁厚。
35.按照權(quán)利要求18的樣品容器，其中所述把手部分包括一個圓柱形套筒，該套筒的尺寸和形狀設(shè)計得與所述樣品保存部分的一個部分相適配。
36.按照權(quán)利要求18的樣品容器，其中所述把手部分的縱向位置靠近所述樣品保存部分。
37.用來保持樣品的樣品容器，該容器包括樣品保存部分，該樣品保存部分具有至少一個形成在其中的壓強選通門以將該樣品保存部分分隔成多個段落，該樣品保存部分中的至少一個段落的壁是用柔性材料制造的，以使該樣品保存部分的這個段落能基本上被壓平。
38.一種對所述樣品容器內(nèi)的樣品進行處理的方法，該方法包括將該樣品容器導(dǎo)入樣品處理裝置；以及對該樣品容器加壓以使該樣品容器內(nèi)的樣品從該樣品容器的第一段遷移到第二段。
39.按照權(quán)利要求38的方法，該方法還包括將試劑導(dǎo)入所述樣品容器的一個段落內(nèi)的樣品中。
40.按照權(quán)利要求38的方法，該方法還包括將所述第一段內(nèi)的樣品加熱到第一溫度。
41.按照權(quán)利要求40的方法，該方法還包括將所述第二段內(nèi)的樣品加熱到第二溫度。
42.按照權(quán)利要求41的方法，其中在所述第一溫度下樣品能有效地變性，在所述第二溫度下能發(fā)生核酸退火及核酸合成。
43.按照權(quán)利要求41的方法，該方法還包括對該樣品容器加壓以使該樣品容器內(nèi)的樣品從該樣品容器的第二段遷移到第一段；以及將所述第一段內(nèi)的樣品加熱到第一溫度。
44.按照權(quán)利要求37的方法，該方法還包括通過檢測從所述樣品容器的一個段落內(nèi)的樣品所發(fā)出的信號來對該樣品進行分析；以及分析該檢測信號以確定該樣品的狀態(tài)。
45.按照權(quán)利要求44的方法，其中所述分析步驟還包括對所述樣品容器一個段落內(nèi)的樣品施加激發(fā)能量。
46.按照權(quán)利要求44的方法，該方法還包括對樣品進行電泳分析，它是通過對所述樣品容器一個段落內(nèi)的樣品施加一個選定的電壓；檢測該樣品發(fā)出的光；以及對所檢測的光進行分析以確定該樣品的狀態(tài)。
47.按照權(quán)利要求37的方法，該方法還包括對所述樣品容器一個段落內(nèi)的生物陣列元件施加一個激發(fā)能量；檢測該生物陣列元件發(fā)出的光；以及對所檢測的光進行分析以確定該樣品的狀態(tài)。
48.按照權(quán)利要求37的方法，該方法還包括對所述樣品容器一個段落內(nèi)的樣品進行攪拌。
49.按照權(quán)利要求37的方法，其中所述樣品是核酸樣品。
50.一種對樣品容器內(nèi)的樣品進行處理的方法，其中該樣品容器具有多個段落，這些段落中包括用來保存試劑的段落和用來保存樣品的段落，該方法包括將該樣品容器導(dǎo)入用于處理容器內(nèi)樣品的裝置；以及對該樣品容器中的一個段落加壓以使樣品和該樣品容器內(nèi)的試劑進行混合。
51.按照權(quán)利要求50的方法，該方法還包括在將樣品容器導(dǎo)入用于處理樣品的裝置的步驟之后將所述試劑導(dǎo)入該樣品容器的試劑段內(nèi)。
52.一種熱循環(huán)裝置，該裝置包括處理單元，該處理單元具有一個用來容納樣品容器的通道，該樣品容器內(nèi)包含有樣品，該處理單元具有沿著所述通道排列有第一處理位點、第二處理位點、和第三處理位點；該第一處理位點包括第一加壓元件和第一能量傳輸元件，該第一加壓元件適于對所述通道內(nèi)的樣品容器加壓，該第一能量傳輸元件的用途為向位于第一處理位點中的樣品輸送能量；該第二處理位點包括第二加壓元件和第二能量傳輸元件，該第二加壓元件適于對所述通道內(nèi)的樣品容器加壓，該第二能量傳輸元件的用途為向位于第二處理位點中的樣品輸送能量；該第三處理位點包括第三加壓元件和第三能量傳輸元件，該第三加壓元件適于對所述通道內(nèi)的樣品容器加壓，該第三能量傳輸元件的用途為向位于第三處理位點中的樣品輸送能量；其中所述樣品容器在所述三個加壓元件中一個的擠壓下，容器內(nèi)的樣品會在所述各處理位點之間遷移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來處理生物樣品的裝置。該裝置包括一個處理單元，該處理單元具有至少一個容納樣品容器的通道以及多個沿著該通道排列的處理位點。這些處理位點的每一個上都具有一個加壓元件，該加壓元件適于對該通道中的樣品容器加壓并因而使樣品容器內(nèi)處理位點中的樣品發(fā)生位移。在一個或多個處理位點上可以連有一種能量傳輸元件以用來向處理位點上的樣品傳輸熱能。該裝置可以用來對核酸樣品進行PCR處理。本發(fā)明的樣品容器可以是一個管形的流腔，該流腔具有多個由壓強選通門所分隔開的段落。該樣品容器具備了一個封閉細(xì)管，在該細(xì)管的各段中可以實施多個不同的處理步驟，因而將樣品處置工作量減至最少。
文檔編號B01L3/00GK1406154SQ01805837
公開日2003年3月26日 申請日期2001年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者陳樹奇 申請人:伊庫姆公司