試樣處理器的製作方法

2023-08-11 19:53:06

專利名稱：試樣處理器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於對試樣(特別是製備來用於分析的臨床試樣)進行處理的裝置，例如通過核酸擴增方法(特別是聚合酶鏈反應PCR)，本發明還涉及可用於此類裝置的新穎 元件和程序。
背景技術：
可能由於多種原而需對流體試樣(例如臨床或環境試樣)進行分析。一個當前感 興趣的領域在於開發出用於明確地確定流體試樣(例如臨床或環境試樣)中的生物材料的 方法。此類方法將允許疾病狀態的早期診斷得以實現，進而能夠進行快速處理和傳染控制， 或用來識別環境汙染物等。有很多技術能夠進行非常靈敏的試樣分析，這些技術包括例如 核酸擴增技術，如聚合酶鏈反應(PCR)。國際專利申請W02005/019836公開了一種處理流體試樣的設備，其包括可轉動平 臺和能夠升降的可動臂。平臺具有用於封裝試樣和試劑的腔室。部件(例如切割器、加熱 器、光學探測器、超音破碎器(sonicator)、磁體和護套)被裝在平臺中並且可釋放地附接 到臂用於相對於腔室移動。部件用於在腔室(例如磁體和護套)之間移動試樣和/或試劑， 從而刺穿腔室(例如切割器)的密封並在腔室的內容物上進行物理過程(例如加熱器和超 音破碎器)。用於磁體的護套的例子用於轉移磁性球珠或顆粒並由此轉移任何附接到其中的 試劑，例如W02005/019836中所述。如果還需要的話，處理部件(例如加熱器、超音破碎器等)也可動地裝在設備上， 所述處理部件可被要求來處理試劑或試劑混合物以確保它們在程序過程中的任何時間都 處於所需的物理狀態。在部件(例如超音破碎器或加熱器)以此方式裝配到設備中的情況下，它們通常 用來重複使用並浸泡有試樣，特別是腔室的液體試樣。這本身可導致一些問題，如果非一次性裝置以此方式使用使其直接接觸試樣液 體，這帶來了汙染的風險。隨著時間的推移，這些部件可被汙染或汙損，因此增加了此類汙 染的風險。

發明內容
本發明的第一方面提供了 一種集成的磁體和加熱器裝置。其優點在於，在設備包括磁體以促進球珠或顆粒從一個腔室移到另一個的情況 下，加熱器可併入磁體，使得相同元件可實現兩種功能。在一個實施例中，集成的磁體和加熱器裝置包括加熱元件和磁體。 加熱元件可為電阻裝置，例如載樣架加熱器典型地包括嵌入熱絕緣材料中的電阻 絲。 集成的磁體和加熱器裝置可進一步包括溫度傳感器。裝置可進一步包括溫度控制器，裝置的溫度能夠通過該溫度控制器設置。在優選實施例中，裝置為伸長主體並且其中磁體位於伸長主體的一端上。替代地， 磁體可繞加熱元件的外周定位。例如，加熱元件可併入條形磁體的芯中並且這可用於球珠或顆粒的運送，或用於 容器或腔室內容物的加熱。磁體被選擇，使其具有的場強在高達至少100°C時保持有效，這對水相反應是足夠 的。優選地，磁體為永磁體。在任意上述實施例中，集成的磁體和加熱器裝置可用於球珠或顆粒的運送，或用 於容器或腔室內容物的加熱。在這種情況下，任何一次性護套用於當其在設備中部署時覆蓋磁體，其適當地由 導熱聚合物製成，如上所述。此類組合式磁體/加熱器形成了本發明的進一步的方面，並且 例如可用於加快從所保持的磁性顆粒的溶劑蒸發；加熱液體也輔助試劑溶解；促進結合到 磁性顆粒表面的化合物的解吸(特別地，核酸)；為液體排氣；或影響或輔助細胞材料的溶 解，例如釋放核酸。本發明的第二方面提供了用於試樣製備或分析的設備，該設備包括一個或多個試劑或試樣腔室集成磁體和加熱器裝置，其相對於一個或多個試劑或試樣腔室可動。設備可包括載樣架，其包括適於保持密封的試樣容器的本體部分；以及適於接收 所述載樣架的設備。本發明的第三方面提供了用於試樣製備或分析的設備，設備包括一個或多個試劑或試樣腔室可重複使用的處理部件以及適於在使用過程中覆蓋可重複使用的處理部件的護套。申請人:已經發現了通過重複使用可重複使用的處理部件，汙染的風險能夠通過在 使用前將一次性的護套放置在處理部件上方而最小化。特別地，在處理部件(如加熱器) 在具體化學、生化程序或試驗過程中重複使用的情況下，新的一次性護套適當地應用於每 種情況。設備可包括載樣架，其包括適於保持密封的試樣容器的本體部分；以及適於接收 所述載樣架的設備。此類護套適當地以可移走(可移除)的方式裝在載樣架上，該載樣架以類似方式 將一個或多個試劑或試樣腔室裝到機械元件，如上所述，使得它們可容易地使用並能夠使 用臂以類似方式接近和放置。因此，例如，護套可具有唇部或凸緣，其能夠與設備的可動臂 上的叉相互作用並升起到圍繞處理部件的位置(如果需要的話)。在使用後，它們可返回到料架用於處理掉或直接處理掉。護套適當地由塑性或彈性材料製成，並且在它們用於與可重複使用的加熱器結合使用的情況下，它們優選地導熱的塑性材料製成，例如填充有氮化硼或市場有售的「冷聚合 物」材料的塑性材料，以此來最小化加熱器效率的任何損失。本發明的第四方面提供了適於在使用過程中覆蓋設備的可重複使用的處理部件 的護套。此類護套形成了本發明的進一步的方面。
在加熱器提供在設備中的情況下，它們適當地併入溫度傳感器，使得試劑或試樣(它們浸泡到其中)的溫度能夠被確定。當護套如上所述使用時，將需要設備的一些校準來 確保這些讀數是精確的。當結合護套使用時校準加熱器的適合的校準方法包括以下步驟將包含加熱器的 護套浸泡到液浴中(例如水浴)；改變加熱器的溫度；記錄加熱器的熱傳感器的溫度讀數和 液浴的溫度讀數；以及利用加熱器的熱傳感器的溫度讀數和液浴的溫度讀數之間相互關係 以提供校準數據。數據能夠用於產生校準文件，其在軟體中用作查詢表以轉換傳感器信號為精確的 溫度或實現來自熱傳感器的信號的數學轉換。在具體實施例中，在設備包括磁體以促進球珠或顆粒從一個腔室移到另一個的情 況下，加熱器可併入磁體，使得相同元件可實現兩種功能。例如，加熱元件可併入條形磁體 的芯中並且這可用於球珠或顆粒的運送，或用於容器或腔室內容物的加熱。在這種情況下，任何一次性護套用於當其在設備中部署時覆蓋磁體，其適當地為 導熱聚合物，如上所述。此類組合的磁體/加熱器形成了本發明的進一步的方面。載樣架還適當地包含進一步的元件，其用於試樣需要經受的後續程序。此進一步的元件可包括一個或多個試劑腔室，用於保持繼續試樣分析所需的試劑 或材料。這些試劑或材料(包括洗滌液、稀釋劑或緩衝液以及用於後續程序的試劑)適當 地預配到試劑腔室中。在這涉及試樣製備的情況下，例如從疑似包含細胞的試樣抽取核酸的情況下，此 類試劑可包括細胞溶解試劑，例如離液鹽(chaotrophicsalts)、噬菌體，酶(其可凍幹)、洗 滌劑、抗生素等。在後續程序涉及試樣分析的情況下，其他試劑，例如染料、抗體、酶(包括 例如用於PCR的聚合酶鏈)、緩衝液、鹽(例如鎂鹽)，可被包括在載樣架的進一步的反應腔 室中。然而，可行試劑範圍非常大並且它們將從「具體分析」的基礎上選擇，這取決於試樣 經受的化學或生化反應或分析或試驗的性質。試劑可以固體或液體形式存在。當它們以固體形式預配時，這些可為固體粉末、球 珠、膠囊或壓平藥片的形式，或它們可附著到磁性顆粒或球珠，例如本領域已知的二氧化矽 球珠。包含預配試劑的試劑腔室適當地密封，例如使用箔密封，其可使用切割器刺入設 備內。這些可與設備集成，但在特別優選的實施例中，切割器被可移走地裝在載樣架中，例 如在本體部分中適當成形的凹部或孔內，使得其能夠用於相關的進行的具體化學或生化反 應、分析或試驗。除了切割器外，其他機械元件(特別是一次性的元件)也可以可移走地裝在載樣 架上，這些元件用於進一步的化學或生化反應、物理過程、試樣的分析或試驗，或以其他方 式促進進一步的化學或生化反應、物理過程、試樣的分析或試驗。此類元件可包括需要其將 試樣、試劑或材料從一個腔室移動到另一個的裝置，例如吸移器，磁體或護套，以及小裝置， 例如過濾器、阻擋器、混合器、蓋等，其可要求在化學、生化或分析程序或試驗過程中被引入 腔室。如果還需要的話，處理部件(例如加熱器，超音破碎器等)也可以可移走地裝在載 樣架中，可能需要這些部件來處理試劑或試劑混合物，以確保它們在程序過程中的任何時間都處於期望的物理狀態。機械元件，例如切割器，吸移器，磁體或其護套，加上下面更詳細描述的其他護套，以及上面所述的處理部件將在後文中被統稱為「可動部件」。在此類情況下，設備具有用於通達這些可動部件並且用於根據需要移動它們的裝置，使得它們能夠滿足化學、生化、分析或試驗程序的所需功能。特別地，設備可包括可動 臂，其能夠與載樣架上的任何可動部件相互作用。可動臂(其例如為機器人臂，或稱機械手)適當地具有抓握裝置，使得其能夠拾取 裝在載樣架上的任何可動部件並將其升至其相關聯的凹部或孔之外。適合的抓握裝置是本 領域中已知的。其可包括叉式元件，該元件布置成可移走地與可動部件上適當定位的凸緣 相互作用，但是還可包括可控的抓臂，其能夠圍繞這些可動部件之一的暴露出的上部分閉 合。此外，可動部件可包括具體的適配部，例如凸緣或凹部，這些適配部被布置成與抓臂相 互作用以便運動。設備被設計成使得保持在臂上的可動部件可被定位在載樣架內適當的反應或試 劑腔室上方。臂可側向地和豎直地運動以使實現該目的。然而，在一個具體實施例中，臂本 身僅在豎直的單一尺度上可動，並且提供了用於載樣架的轉移裝置(適當地作為設備的部 分)，以此來允許其在側向方向上運動，其中臂可直接設置在載樣架(包括反應腔室、試劑 腔室以及可動部件)上的每個元件的上方，從而允許發生期望的事件序列。在臂可側向地 和豎直地運動的情況下，可減少對用於載樣架的水平運送裝置的需要。當電操作處理部件(例如加熱器或超音破碎器)以此方式供應時，其可用於以下 情況處理部件和設備的臂之間的連接也提供電連接，該電連接對於在使用過程中為處理 部件提供功率是充分的。然而，此類元件可更方便地裝在設備自身內，並且布置用於在所需 時間傳送到例如載樣架上的適當腔室。臂自身或臂的附屬物(例如加熱器或超音破碎器的 處理部件裝配到其上)，可使用從而確保部件能夠根據需要相對於載樣架上的腔室放置。設備還可包括諸如如下的裝置，例如熱循環器、光學讀取器(例如螢光計)，以及 布置成收集、分析和/或記錄來自設備或載樣架內任何腔室的數據的數據處理裝置。設備 內適當裝置的選擇和布置將取決於被執行的化學和生化反應或試驗的性質，並且這是在本 領域技術人員所知的範圍內的。載樣架上包括多個可動部件和腔室使得在包括載樣架的大型自包含單元中進行 試樣製備和/或分析成為可能。此類單元，包括所有腔室為可動部件的情況，在使用之後可 容易地處理掉以避免進一步汙染的風險。此外，通過在單一載樣架中進行試驗，可以減小試 樣標籤錯誤的風險，因為載樣架本身可在引入試樣時加上標籤，例如使用標準條形碼貼標 籤系統，並且標籤在整個分析程序中將與試樣保持在一起。通過對設備進行編程來移動相關部件、試劑等以適當的順序相互接觸，可使所有 處理被適當地自動執行。例如，如W02005/019836所述，試樣能夠被進行核酸提取處理，隨 後進行PCR反應。然而，很多需要進行安全試樣轉移的其他處理可通過適當地設計設備並 相應地為其編程而利用本發明進行。此類自動化技術的應用是本領域中公知的。當處理包括熱循環步驟(例如PCR)時，設備將適當地包括熱循環裝置。在其中進 行熱循環的容器可設置在載樣架上，如果需要的話。然而，替代性地，在載樣架和設備的布 置使得試樣的製備僅僅在載樣架上進行的情況下，特別適合的布置是所準備的試樣在可移走的反應腔室中結束，其然後被轉移到特定熱循環區域(例如W02005/019836所示)。然 而，這可能並非總是必須的，而且可熱循環的腔室併入到載樣架上有利於進一步簡化設備。將導電聚合物用作熱循環特別是PCR反應中的熱循環的加熱器(如W09824548中 描述並要求保護的，在此通過引用將其內容併入本文)提供了特別緊湊且靈活的系統，其 用於與本申請的系統一起使用，因為ECP可被容易地併入裝在載樣架上的反應腔室中(如 果需要的話，反應腔室是可移走地裝在載樣架上)。通常，ECP被用來塗覆反應容器，反應容器基本上包括兩個部分，即用於接收試樣 的較寬開口的上部以及用作反應容器的下部密封毛細管。至少所述下部密封毛細管包括 ECP，其在電接觸件跨其設置時有效地用作高可控的電阻加熱器。


現在將參照附圖，通過示例方式具體描述本發明，附圖中圖1示出了用於本發明系統的載樣架的俯視圖；圖2是用於本發明系統的載樣架的示意性透視圖，其將要接收試樣容器；圖3是圖2的載樣架的透視圖，其中試樣容器在保持器內就位；圖4是圖3的載樣架的透視圖，其處於「閉合」位置；圖5是圖4的載樣架的端視圖；圖6是圖3的載樣架的端視圖；圖7是示出了本發明的載樣架如何被引入設備中的示意圖，在所述設備中可進行 化學、生化或其他類型的試驗或處理；圖8示出了本發明的載樣架在設備的接收部分就位；圖9是示出了用於填充毛細管的系統的示意圖，其形成了本發明的進一步的方 面；圖10示出了用於本發明的護套；圖11示出了組合式加熱器和磁體的側視圖；圖12是圖11的組合式加熱器和磁體的下部的剖視圖；以及圖13示出了用於圖11和12的組合式加熱器和磁體的加熱元件的側視圖。
具體實施例方式圖1所示的載樣架(cartridge)包括本體部分1，其由剛性的塑性材料製成並且為大致長方形截面。提供了夾持特徵以幫助載樣架在儀器中就位時的定位。中心縱向通道 2提供在本體部分1的上表面3。通道2在一端開口但是並不延伸本體部分1的全部長度， 從而使得其終止於本體部分的端部脊埂4。通道2具有大致曲線形基座5並且成形為使得 其可容納帶有密封蓋7的管6。通道2朝脊埂4向下傾斜，使得管6內包含的液體試樣流向
"^n 1 ο在所示實施例中，管容納拭子8，其通過支撐件9固定到蓋7。載樣架還包含反應腔室10。穿刺針(未示出)在腔室10之間朝蓋7延伸，且在鄰近蓋7的端部處帶有刺穿尖。蓋7適當地包括在其上表面的可刺穿膜11 (圖2)。當管6在通道2中就位時，蓋7充分地遠離穿刺針以確保其不被刺破。然而，載樣架1被設計成位於設備內(未示出)，該設備具有能夠在箭頭方向上將壓力施加到管6的基座的致動器。這迫使蓋7的膜11抵靠穿刺針，從而使得穿刺針穿過膜11並因此刺破密封。管6的任何液體能夠經過針中的通道流出到反應腔室10中，在該處其可受到進一 步的處理。然而，此時並不發生操作者與管6內容物的接觸，所以汙染的風險被最小化。載樣架1在側部還包括多個部件或元件，它們可用於自動分析程序。例如，載樣架 包含有多個箔密封儲液器12，其可包含液體試劑，例如緩衝液、洗滌液等，試樣的期望處理 可能需要這樣的儲液器。其他部件或元件13可包含試劑，例如固體試劑(如用於後續試樣 處理中的PCR球珠)。此外在本例中，載樣架包括一系列可動部件，包括兩個吸移器14，阻擋器15和護 套16，例如其可裝配在磁體上，該磁體用於根據需要將磁性試劑球珠從載樣架上的一個腔 室移動到另一個腔室。這些可動部件被容納在本體部分1上表面3中適當形狀的孔內。它 們被配置成使得上區域突出到上表面3之上，從而使得它們可由設備的抓臂操作。它們可 具有適當的環狀凸緣以便於抓臂操作，或者輔助升降操作，例如W02005/019836所述。還在本例中，在載樣架1中提供有反應容器17，其塗覆有導電聚合物，因此其在連 接到適合的電源時能夠使內容物經受熱循環過程，例如PCR所需的熱循環過程。此容器的布置將在後面結合其他所示實施例更詳細地討論。圖2所示的載樣架包含很多公共元件，儘管它們在布置上稍有不同以便適應具體 設備以及進行的化學、生化或分析程序或試驗。然而，在本例中，提供了用於管6的保持器。 保持器18同樣為管形，並且能夠將管6保持成使得蓋7抵靠著端部(圖3)。保持器18可通過置於通道2自由端的扣環20 (圖5和6)緊靠著載樣架本體1保 持在一個直立的試樣容器接收位置中。一旦管6已經載入保持器18，就從扣環20中將其移走，並將其插入通道2。在保 持器18的側面上提供的鑲板19被布置成以扣合鎖定方式與本體部分1的脊埂4中的相應 凹槽接合，不過僅僅是在管6緊密裝配到保持器18中的情況下(圖4)。在這點上，管6和蓋7基本上完全被包圍在載樣架和保持器內，所以不會被弄破等 等。用於條形碼閱讀器的識別載樣架的標籤的空間22和允許試樣管上的條形碼被讀取的 窗口 23可分別提供在鑲板19和保持器18上。在這點上，可將試樣標籤應用到載樣架，例如條形碼標籤可應用到本體部分1的 端部區域21，以此來通過分析程序幫助試樣的追蹤。保持器18的基座包括小孔24(圖6)。孔24被成形為允許其中引入有載樣架的設 備的致動器經過管6，並因此朝向提供在脊埂4區域的穿刺針推動管6。一旦致動器已經經過孔24，載樣架就被有效地「鎖定」因而不能被打開。隨後撤回 致動器，但試樣管仍然保持就位至少直到分析程序結束。載樣架1被成形為使得其可被接收到適當設備的接收部分中。這在圖7中示意性 地示出。在這種情況下，設備36的載樣架接收部分包括支撐件37，支撐件上具有凹部38， 載樣架1緊貼地裝配到該凹部中。支撐件37可伸縮到設備36的本體中以便進行處理。支 撐件36本身是可動的(見箭頭所示)，從而將載樣架1的任何特定部分與垂直方向上可動 的相互作用元件39對準。圖8中示出了 一個類似布置。在本例中，載樣架1具有唇部40，其在載樣架就位於凹部38內時接合支撐件37的上表面。保持器18被布置成使得當支撐件37伸縮到設備的 本體中時，致動器用於打開管6並且在處理程序之前能夠經過孔11進入以將試樣釋放到試 樣容器10中。如果需要的話，可提供鎖定裝置或其他接合裝置以將載樣架1在支撐件37 上固定就位。因此在使用中，試樣被收集以例如用於化學、生化分析、研究或試驗。如果試樣是 液體試樣，那麼就將其適當地直接置於在由蓋7密封的管6中。優選地，試樣的容積是已知 的或者被測量得到，特別是在進行的研究性質本質上是定性的情況下。試樣管可標記有最 大和最小填充線以方便液體試樣的裝入，並且提供了檢查試樣容積是否在所要求的限制範 圍內的手段。如果試樣已經收集在拭子上，那麼拭子8自身與適合的且優選容積已知的洗 脫液一起放在管中，然後用蓋7封住管6。然後，適當地搖動管以確保任何試樣都從拭子8轉 移到洗脫液，儘管這在液體容積足以確保拭子保持浸泡在液體中的情況而言不是必須的。然後，直接地或者在將其送達實驗室時，將管6放置到載樣架的保持器18中。然 後，將保持器插入載樣架的本體部分1的通道2中，並且在將載樣架放入設備上適當的載樣 架接收部分之前在載樣架本身上加上標籤，其中所述設備被設計成用於執行必要的處理過 程，從而對試樣進行化學、生化或分析程序或試驗)。在這點上，使設備上的致動器通過保持器18基座中的孔24，從而朝載樣架的脊埂 端處的中空穿刺針的方向推動管7。足夠的壓力由致動器24施加到管6以確保蓋7中的橡 膠密封11被針刺破。因為管6朝脊埂4向下傾斜，所以其中包含的液體將流過中空穿刺針直接進入載 樣架上的反應腔室10中。然後，設備能夠進行處理，例如使用本領域中已知的機器人程序(或稱自動處理 程序)。在豎直方向上可動的臂被適當地用來進行該處理，同時載樣架也是可動的，例如進 行笛卡爾運動，從而使得載樣架上的適當腔室或部件在任何時間可以與臂有一次對準。使用此程序的試驗設計的可行性是不受限的，因為所有需要做的就是在任何具體 情況下確保載樣架上的試劑容器和適合的其他部件(例如上述可動部件)提供在載樣架上 或適當地集成到設備中。此類程序的具體例子在W02005/019836中示出。然而為了概括該程序，腔室10內的試樣(其為已知的或疑似包含感興趣的細胞) 進行細胞溶解。這可通過以下手段實現，例如將化學細胞溶解劑(例如鹽酸胍)預裝載到 腔室10中；或者通過將取自試劑容器的試劑例如利用吸移器14來加入；或者通過引入適 當地與設備集成的超音破碎器；或者這些手段的組合。在試劑從載樣架上的密封容器12中 獲得的情況下，在用切割器刺穿箔蓋後即可通達這些試劑，其中切割器本身可以是載樣架 上的可動部件或設備的集成部分。然後例如使用磁體來引入磁性球珠，這些磁性球珠適當地塗覆有結合劑，一般性 地如專用於特定目標分析物或核酸的抗體，此類磁性球珠例如為Magnesil 二氧化矽球 珠，而且其中所用磁體被插入護套16中，且在需要磁體進行吸引(例如為了將球珠從容器 中取出)時會接觸球珠，並且在需要放置球珠時可將所用磁體從護套中移除，例如一旦護 套已經被定位在反應腔室 ο中時。在允許分析物(例如任何核酸)附著到球珠之後，可將它們從該反應腔室10中移走並放入不同的反應腔室，這一不同反應腔室可能一直是被箔封住的，直到在添加分析物 之前用適當切割器破壞掉該密封。如果需要，此時可讓球珠穿過一個或多個洗滌腔室，這些 洗滌腔室任選地設置在載樣架上。然後，可例如通過將球珠加到腔室12內容裝的洗脫液(優選是熱的)中而從球珠 中洗脫出分析物。洗脫液的加熱可通過引入設備上提供的加熱器來進行，該加熱器優選地 被包在保護性的一次性護套16內，如上文所述。然而，如果不是這樣，它可經受使用洗滌液 (其可包含在試劑腔室中)進行的洗滌步驟，所述試劑腔室可任選地設置在載樣架上。圖10更詳細地示出了護套16，該護套包括在其下端42被密封的中空圓柱本體 40。上端44具有由凸緣46圍繞的開口，所述凸緣46能夠與設備可動臂上的叉相互作用， 使得護套能夠按照要求在處理部件(例如加熱器)周圍提升就位。護套的尺寸被設計成使 得當被設置在載樣架的孔中時，凸緣46突出到載樣架上表面以上。護套由導熱的塑性或彈 性材料(例如可從Cool Polymers，Inc獲得的「冷聚」材料)製成，由此使來自位於其內的 加熱器的熱量經過護套傳至腔室的內容物。護套的厚度範圍優選為0. 25mm至0. 75mm，其薄 度有助於熱傳遞。用於載樣架中的組合式加熱器和磁體52在圖11和12中示出。圖11示出了加熱 器和磁體組件的側視圖，圖12以剖面形式示出了組件的下部。組合式加熱器和磁體52具有 伸長主體50，該伸長主體帶有導熱(優選為軟鋼)殼體54，該殼體中容裝有加熱元件。組 件本體66位於伸長主體50的一端，並且設置有夾具68，該夾具將伸長主體50夾在致動器 臂70上。絕緣墊片72將夾具68與伸長主體50分開。加熱元件插入組合式加熱器和磁體組件的殼體54中，例如圖13所示，圖13是 適合的加熱器元件64的側視圖。適合的加熱元件是烙鐵中使用的那種加熱元件，例如由 Antex供應的部件號為SD50E的50伏加熱元件。此類加熱元件典型地具有嵌入絕緣材料 (例如氧化鎂或陶瓷)中的電阻絲。還提供了集成的溫度傳感器(未示出)，以使溫度可控。電連接件58從加熱元件 64延伸經過組件本體66，將功率提供到加熱元件64和溫度傳感器。致動器臂70可使組 合式加熱器和磁體組件運動，如圖中箭頭所示。替代性地，組件本體66可具有凸緣(未示 出)，其能與設備可動臂上的叉相互作用，從而使組合式加熱器和磁體能夠運動。圖12示出了組合式加熱器和磁體的伸長主體52的剖面。永磁體62和加熱元件 64位於殼體54內。永磁體62位於組件本體66的相對端。該永磁體市場上有售，並且在高 達超過180°C時仍能保持其場強。適合的磁體例如N27SH級燒結式釹-鐵-硼盤狀磁體可 從MMG MagDev Limited獲得。由於PCR反應為水相反應，因此磁體僅需在高達100°C時仍 能保持其場強即可。適於進行PCR反應的試劑也可在反應腔室中製備，例如通過添加適合的緩衝液 (特別是包含從試樣抽取的純化核酸的緩衝液)到PCR試劑的凍幹的球珠。而且，通過移動 例如切割器、吸移器等的元件從而確保發生適當的試劑轉移，此類程序可自動地在設備內 進行。一旦PCR反應混合物已經在載樣架上製備好，就適當地將它們轉移到反應腔室17中，該反應腔室由於存在ECP塗層，因而是可熱循環的。通過改進的吸移器來實現填充，該 過程如圖7所示。
如圖所示，吸移器包括塑性材料本體25，該塑性材料本體具有一系列環狀凸緣26，其有利於設備的臂收集吸移器。蓋構件27具有彈性上隔膜28，其帶有突起29，該突起 用來與設備上提供的致動器相互作用，從而允許吸移器進行受控操作。吸移器的下部30基本上是細長形的(或稱伸長的)，並且直徑小得足以進入毛細 管31。毛細管31在下端32密封，並因此形成閉合的反應容器。下表面32適當地透明，使 得容器中進行的任何反應的進程能夠被觀察到。這意味著，例如，當在存在螢光發信號系統 時進行PCR的情況下，其能夠全程被監視(實時PCR)。反應容器的上部33的剖面較寬，但 是上部33和毛細管31結合的區域的壁是錐形的，從而在吸移器30的下部進入毛細管31 時對其提供引導。導電聚合物層34圍繞毛細管，並且可通過上和下電接觸件35、36連接到電源。在使用中，吸移器14通過臂與凸緣26的相互作用上升到其具有載樣架的外殼以 外，並且下降到包含製備好的PCR反應混合物的反應腔室中。由步進馬達驅動的吸移器致 動器被部署以下壓隔膜28，從而將反應混合物向上抽到吸移器本體25中。吸移器然後通過設備的可動臂上升到腔室以外，載樣架被移動，從而使得吸移器 位於反應容器17以上，然後下降，直到吸移器14的下部30基本位於毛細管的基座32處。用於隔膜28的致動器再次被激活以將內容物排出到反應容器17中。同時，臂被 部署以使吸移器14上升到反應容器17之外。臂和致動器的運動被協調控制成使得吸移器 14以適合的速度離開毛細管31從而提供無氣泡填充。由於使用適合控制的步進馬達，致動器和臂的精確度和可控性意味著此類操作是 可行的。一旦反應容器17以此方式填充，適合的蓋或阻擋器可應用於上部分33以閉合容 器。電接觸件35、36可以被連接從而允許在反應容器17內執行熱循環過程(例如PCR反 應)而不需要進一步的移動。適當地，PCR包括一個傳統的發信號系統，例如Taqman 或ResonSense 方法學 的，並且這通過管的透明基座32監視。一旦完成，載樣架可從設備移走並丟棄。因此，本文所述的系統和元件提供了有用且有效的方式，該方式執行了多種處理 過程，特別是化學、生化或分析試驗，同時最小化了可能引發汙染和假陽性結果的風險。
權利要求
一種集成的磁體和加熱器裝置。
2.根據權利要求1所述的裝置，進一步包括加熱元件；以及磁體。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，加熱元件為電阻裝置。
4.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，進一步包括溫度傳感器。
5.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，進一步包括溫度控制器，所述裝置的溫度 能夠通過所述溫度控制器設置。
6.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述裝置為伸長主體並且其 中所述磁體位於所述伸長主體的一端上。
7.根據權利要求1-5中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述磁體繞所述加熱元件的 外周定位。
8.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述永磁體具有的場強在高 達至少100°C時保持有效。
9.一種用於試樣製備或分析的設備，所述設備包括一個或多個試劑或試樣腔室；根據權利要求1-8中任一項所述集成的磁體和加熱器裝置，其相對於所述一個或多個 試劑或試樣腔室是可動的。
10.一種用於試樣製備或分析的設備，所述設備包括一個或多個試劑或試樣腔室；可重複使用的處理部件；以及適於在使用過程中覆蓋所述可重複使用的處理部件的護套。
11.根據權利要求10所述的系統，其特徵在於，所述護套被提供為設備上的可動部件。
12.根據權利要求10或11所述的系統，其特徵在於，所述護套由導熱的塑性或彈性材 料製成。
13.根據權利要求10-12中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述可重複使用的處理部 件包括加熱器或超音破碎器。
14.一種適於在使用過程中覆蓋可重複使用的處理部件的護套。
15.根據權利要求14所述的護套，其特徵在於，所述處理部件是加熱器或超音破碎器。
16.根據前述權利要求中任一項所述的護套，其特徵在於，所述處理部件是加熱器，所 述護套由導熱的塑性或彈性材料製成。
全文摘要
一種集成的磁體和加熱器裝置，包括加熱元件，其帶有集成的永磁體，以用於試樣的製備和分析設備中。還公開了適於在使用過程中覆蓋設備的可重複使用的處理部件(例如加熱器或超音破碎器)的護套。描述了本系統的其他相關聯的方面並對其要求保護。
文檔編號G01N35/00GK101815947SQ200880110147
公開日2010年8月25日 申請日期2008年8月1日 優先權日2007年8月3日
發明者C·J·西爾克, D·J·斯奎雷爾, M·A·李, M·J·維瑟斯, T·J·貝克特 申請人:恩尼格馬診斷有限公司