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TW201641687A - 用于進行化學反應的設備和方法 - Google Patents

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TW201641687A
TW201641687A TW104144530A TW104144530A TW201641687A TW 201641687 A TW201641687 A TW 201641687A TW 104144530 A TW104144530 A TW 104144530A TW 104144530 A TW104144530 A TW 104144530A TW 201641687 A TW201641687 A TW 201641687A
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李響
慕曉兵
李晨
馮慧穎
周陽
韓玉光
陳娟
胡亞超
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卡尤迪生物科技（北京）有限公司
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Abstract

本文提供了用于進行核酸擴增的裝置、系統和方法。所述裝置、系統和方法適合于便携性、快速操作、低功耗、集成式操作和遠程監視。

Description

用于進行化學反應的設備和方法
本發明涉及用于進行化學反應的設備和方法，特別是用于聚合酶鏈反應(PCR)的設備和方法。
聚合酶鏈反應(PCR)是分子生物學中廣泛使用的技術，用于核酸分子的擴增。PCR依賴于熱循環，對反應混合物的重複加熱和冷却的循環。這些循環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循環可以在一至兩秒內或甚至少于一秒內發生。因此，在許多情况下，PCR擴增的速度受限于儀器(例如，熱循環器)的性能而不是生物反應本身。
需要用于熱循環以供諸如PCR等反應的改進系統和方法。减少用于在必要的溫度設定點之間加熱和冷却樣品體積(sample volume)的時間可以减少進行反應循環所需的時間幷因此减少了多個循環的整體反應時間。
本公開內容的一方面提供了一種使包含于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平之間循環，所述方法包括：(a)將所述樣品保持器放置為與第一過熱區域熱接觸以實現第一目標溫度水平；(b)將所述樣品保持器放置為與第二過熱區域熱接觸以實現第二目標溫度水平；以及可選地重複步驟(a) 和步驟(b)；其中所述第一過熱區域處于比所述第一目標溫度水平更高的溫度下，而所述第二過熱區域處于比所述第二目標溫度水平更低的溫度下。
在本文提供的方面的一些實施方式中，借助于能够將所述第一過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)，以及/或者借助于能够將所述第二過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)。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域安裝在所述第一旋轉臂上，幷且其中所述第二過熱區域安裝在所述第二旋轉臂上。在本文提供的方面的一些實施方式中，本方法還包括：介于步驟(a)與步驟(b)之間的步驟一將所述樣品保持器放置為與處于所述第一目標溫度水平下的第一目標熱區域熱接觸；以及/或者在步驟(b)之後，將所述樣品保持器放置為與處于所述第二目標溫度水平下的第二目標熱區域熱接觸。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述方法還包括：(c)介于步驟(a)與步驟(b)之間，將所述樣品保持器放置為與處于所述第一目標溫度水平下的第一目標熱區域熱接觸；以及(d)在步驟(b)之後，將所述樣品保持器放置為與處于所述第二目標溫度水平下的第二目標熱區域熱接觸。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域處于約110℃至約140℃的溫度下。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域處于約130℃的溫度下。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第二過熱區域處于約0℃至約20℃的溫度下。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第二過熱區域處于約8℃的溫度下。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一目標溫度水平為約92℃至約95℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第二目標溫度水平為約40℃至約70℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第二目標溫度水平為約55℃。在本文提供的方面的一些實施方式中， 所述第一過熱區域為約110℃至140℃，所述第一目標溫度區域為約92℃至約95℃，所述第二目標溫度區域為約40℃至約70℃，以及所述第二過熱區域為約0℃至約20℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，步驟(a)到步驟(d)的一個循環在少于或等于約2秒內完成。在本文提供的方面的一些實施方式中，步驟(a)到步驟(d)重複至少5次。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域和所述第二過熱區域由12伏電源供電。在本文提供的方面的一些實施方式中，在將所述樣品收集于所述樣品保持器中之前，所述樣品保持器預載有擴增試劑。
在本文提供的方面的一些實施方式中，借助于能够將所述樣品保持器與所述第一過熱區域熱接觸的擺臂來執行上文提到的步驟(a)，以及/或者其中借助于能够將所述樣品保持器與所述第二過熱區域熱接觸的所述擺臂來執行步驟(b)。在本文提供的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。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述方法還包括：介于步驟(a)與步驟(b)之間的步驟一在使所述樣品保持器與所述第一過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平下；以及/或者在步驟(b)之後，將所述樣品保持器再次與所述第一過熱區域熱接觸幷且在使所述樣品保持器與所述第一過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平下。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述方法還包括：(c)介于步驟(a)與步驟(b)之間，在將所述樣品保持器與所述第一過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平下；以及(d)在步驟(b)之後，將所述樣品保持器再次與所述第一過熱區域熱接觸幷且在使所述樣品保持器與所述第一過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平下。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域處于約110℃至約140℃的溫度下。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域處于約130℃的溫度下。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第二過熱區域處于約0℃至約20℃的溫度下。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第二過熱區域處于約8℃的溫度下。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一目標溫度水平為約92℃至約95℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第二目標溫度水平為約40℃至約70℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第二目標溫度水平為約55℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域為約110℃至140℃，所述第一目標溫度區域為約92℃至約95℃，所述第二目標溫度區域為約40℃至約70℃，幷且所述第二過熱區域為約0℃至約20℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，步驟(a)到步驟(d)的一個循環在少于或等于約2秒內完成。在本文提供的方面的一些實施方式中，步驟(a)到步驟(d)重複至少5次。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域和所述第二過熱區域由12伏電源供電。在本文提供的方面的一些實施方式中，在將所述樣品收集于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使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平之間循環，所述方法包括：使所述樣品在約92℃至約95℃的第一目標溫度水平與約40℃至約70℃的第二目標溫度水平之間熱循環；其中完成所述熱循環的一個循環的時間少于或等于約5秒；幷且其中所述樣品具有至少約1微升的體積。
在本文提供的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。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一目標溫度水平 為約55℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述時間少于或等于約2秒。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述時間少于或等于約1秒。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述時間少于或等于約0.5秒。在本文提供的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于使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平之間循環，所述設備包括：(a)第一過熱區域，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92℃至約95℃：(c)第二過熱區域，其在工作中時維持在約0℃至約20℃；(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，其被配置用于保持一個或多個樣品；以及(f)一個或多個臂，其被編程用于將所述樣品保持器與(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熱區域。在本文提供的方面的一些實施方式中，(a)所述第一過熱區域安裝在能够將所述第一過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够將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)所述第二過熱區域安裝在能够將所述第二過熱區域與所述樣品保持器熱接觸的第三旋轉臂上，以及(d)所述第二目標熱區域安裝在能够將所述 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。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域在工作中時維持在約130℃。在本文提供的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約95℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第二過熱區域在工作中時維持在約8℃。在本文提供的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55℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述裝置還包括光學模塊，該光學模塊包括光學檢測器。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域、所述第一目標熱區域、所述第二過熱區域和所述第二目標熱區域由12伏電源供電。
本公開內容的一方面提供了一種用于使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平之間循環，所述設備包括：(a)第一過熱區域，其在工作中時維持在約110℃至約140℃；(b)第二過熱區域，其在工作中時維持在約0℃至約35℃；(c)樣品保持器，其被配置用于保持一個或多個樣品；以及(d)一個或多個擺臂，其被編程用于將所述樣品保持器與(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。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述樣品保持器安裝在能够將所述樣品保持器與所述第一過熱區域和/或第二過熱區域熱接觸的所述一個或多個擺臂上。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域和/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平和/或第二目標溫度水平。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域包括第一加熱模塊和第二加熱模塊，所述第一加熱模塊和第二加熱模塊被配置成 在打開位置與關閉位置之間切換，其中在所述打開位置中，所述加熱模塊都不與所述樣品保持器熱接觸，而在所述關閉位置中，所述第一加熱模塊和所述第二加熱模塊中的至少一個(以及優選地全部兩者都)與所述樣品保持器熱接觸。
在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域在工作中時維持在約130℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一目標溫度水平維持在約95℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第二過熱區域在工作中時維持在約8℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第二目標溫度水平維持在約55℃。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述設備還包括光學模塊，該光學模塊包括光學檢測器。在本文提供的方面的一些實施方式中，所述第一過熱區域和所述第二過熱區域由12伏電源供電。在本文提供的方面的一些實施方式中，可以在所述第一過熱區域與所述第二過熱區域之間提供熱絕緣材料，以便避免熱傳導。
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。對于本發明的每個方面，如本文所建議的、本領域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。
援引幷入
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幷入本文，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幷入。
100‧‧‧熱循環器裝置
101‧‧‧第一熱量過度區域
102‧‧‧第二熱量過度區域
110‧‧‧樣品保持器
120‧‧‧檢測器
200‧‧‧PCR反應熱循環的溫度隨時間的示例性曲綫圖
201‧‧‧第一溫度升高
202‧‧‧模板變性步驟
203‧‧‧第一溫度下降
204‧‧‧引物退火步驟
205‧‧‧第二溫度升高
206‧‧‧第三目標溫度水平
207‧‧‧溫度升高
210‧‧‧第一循環
220‧‧‧第二循環
300‧‧‧熱循環儀
301‧‧‧第一過熱區域
302‧‧‧第二過熱區域
303‧‧‧第一目標熱區域
304‧‧‧第二目標熱區域
305‧‧‧第一旋轉臂
306‧‧‧挂鈎
310‧‧‧樣品保持器
311‧‧‧管孔
312‧‧‧反應器皿
320‧‧‧光學模塊
321‧‧‧馬達
330‧‧‧同步帶
331‧‧‧同步帶驅動馬達
901‧‧‧計算機系統
905‧‧‧中央處理單元(CPU，本文中亦稱為“處理器”和“計算機處理器”)
910‧‧‧存儲器或存儲位置
915‧‧‧電子存儲單元
920‧‧‧接口
925‧‧‧外圍設備
930‧‧‧網絡
935‧‧‧電子顯示器
940‧‧‧用戶界面(UI)
1000‧‧‧示例性熱循環儀的外殼
1001‧‧‧開關按鈕
1002‧‧‧蓋
1003‧‧‧電源端口
1004‧‧‧USB連接器
1005‧‧‧控制面板
1006‧‧‧基礎殼體
1011‧‧‧管孔
1013‧‧‧樣品架
1035‧‧‧電子顯示器
1100‧‧‧熱循環儀
1101‧‧‧第一加熱模塊
1102‧‧‧第一冷却模塊
1103‧‧‧第二加熱模塊
1104‧‧‧第二冷却模塊
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‧‧‧光學模塊
1122‧‧‧光學模塊保持器
1140‧‧‧馬達
1250‧‧‧蓋板
1342‧‧‧引導組件
1443‧‧‧第一主軸組件
1444‧‧‧第二主軸組件
1700‧‧‧控制面板
1701‧‧‧開關按鈕
1735‧‧‧電子顯示器
1736‧‧‧圖形元素
1740‧‧‧用戶界面(UI)
1840‧‧‧用戶界面
1841‧‧‧圖形元素
1842‧‧‧用以返回至前一界面的方案的元素
1940‧‧‧用戶界面
1943‧‧‧用以返回至前一頁面或轉至下一頁面的元素
1944‧‧‧圖形元素
2040‧‧‧用戶界面
2045‧‧‧用以調整具體反應參數的元素
2046‧‧‧圖形元素
2140‧‧‧用戶界面
2147‧‧‧用以保存實驗結果的元素
2148‧‧‧啟動擴增方案的元素
2149‧‧‧停止擴增方案的元素
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示出了熱循環儀裝置的示例性示意圖。
圖1B示出了具有與第一過熱區域熱接觸的樣品保持器的熱循環儀裝置的示例性示意圖。
圖1C示出了具有與第二過熱區域熱接觸的樣品保持器的熱循環儀裝置的示例性示意圖。
圖2示出了針對PCR反應的溫度隨時間的示例性曲綫圖。
圖3示出了熱循環儀裝置的示例性四分之三側視示意圖。
圖4示出了熱循環儀裝置的示例性四分之三側視分解示意圖。
圖5示出了熱循環儀裝置的示例性側視示意圖。
圖6A示出了具有與第一過熱區域熱接觸的樣品保持器的熱循環儀裝置的示例性側視示意圖。
圖6B示出了具有與第一目標熱區域熱接觸的樣品保持器的熱循環儀裝置的示例性側視示意圖。
圖6C示出了具有與第二過熱區域熱接觸的樣品保持器的熱循環儀裝置的示例性側視示意圖。
圖6D示出了具有與第二目標熱區域熱接觸的樣品保持器的熱循環儀裝置的示例性側視示意圖。
圖7示出了熱循環儀裝置的示例性示意圖。
圖8示出了熱循環儀裝置的示例性示意圖。
圖9示出了被編程或以其他方式被配置用于實現本文提供的方法的示例性計算機控制系統。
圖10A示出了熱循環儀裝置的外接盒的示例性俯視圖。
圖10B示出了熱循環儀裝置的外接盒的示例性仰視圖。
圖10C示出了熱循環儀裝置的外觀的示例性立體視圖。
圖10D示出了蓋打開的熱循環儀裝置頂部的示例性局部放大視圖。
圖11示出了熱循環儀裝置的示例性四分之三側視示意圖，其展示了該熱循環儀裝置的內部結構。
圖12示出了熱循環儀裝置的示例性四分之三側視示意圖，其展示了該熱循環儀裝置的內部結構和蓋板。
圖13示出了熱循環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循環儀裝置的內部結構。
圖14示出了熱循環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循環儀裝置的內部結構。
圖15示出了熱循環儀裝置的示例性四分之三側視分解側視示意圖。
圖16A示出了具有與第二過熱區域熱接觸的樣品保持器的熱循環儀的示例性四分之三側視示意圖。
圖16B示出了具有與第二過熱區域脫離熱接觸的樣品保持器的熱循環儀的示例性四分之三側視示意圖。
圖16C示出了具有移動至第一過熱區域的範圍但還未與其熱接觸的樣品保持器的熱循環儀的示例性四分之三側視示意圖。
圖16D示出了具有與第一過熱區域熱接觸的樣品保持器的熱循環儀的示例性四分之三側視示意圖。
圖17A示出了具有示例電子顯示器的熱循環儀的示例性控制面板，所述示例電子顯示器具有示例用戶界面。
圖17B示出了具有示例用戶界面的示例電子顯示器的示例性放大視圖。
圖18示出了示例用戶界面。
圖19示出了示例用戶界面。
圖20示出了示例用戶界面。
圖21示出了用于運行實驗的示例用戶界面。
圖22A是描繪核酸擴增反應的結果的曲綫圖。曲綫A展示了針對目標而獲得的結果，而曲綫B展示了針對對照而獲得的結果。
圖22B是描繪核酸擴增反應的結果的曲綫圖。曲綫A展示了針對目標而獲得的結果，而曲綫B展示了針對對照而獲得的結果。
圖22C是描繪核酸擴增反應的結果的曲綫圖。曲綫A展示了針對目標而獲得的結果，而曲綫B展示了針對對照而獲得的結果。
雖然本文已經示出和描述了本發明的優選實施方式，但對于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衆多更改、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采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，幷因此覆蓋這些權利要求及其等效項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。
本公開內容的一方面提供了一種使包含于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平之間循環，該方法包括：(a)將所述樣品保持器與第一過熱區域熱接觸以實現第一目標溫度水平；(b)將所述樣品保持器與第二過熱區域熱接觸以實現第二目標溫度水平；以及可選地重複步驟(a)和步驟(b)；其中所述第一過熱區域處于比所述第一目標溫度水平更高的溫度下，而所述第二過熱區域處于比所述第二目標溫度水平更低的溫度下。
本公開內容的另一方面提供了一種使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平之間循環，所述方法包括：使 所述樣品在約92℃至約95℃的第一目標溫度水平與約40℃至約70℃的第二目標溫度水平之間熱循環；其中完成所述熱循環的一個循環的時間少于或等于約5秒；幷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于進行反應或過程，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平之間循環。樣品體積的這樣的熱循環可以通過(a)使熱區域保持在恒定溫度幷且(b)使樣品體積與該熱區域熱接觸以將樣品體積加熱或冷却至期望溫度(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目標溫度水平以外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熱區域。當加熱樣品體積(例如，加熱過熱區域)時，過熱區域可以比所述目標溫度水平更熱。當冷却樣品體積(例如，冷却過熱區域)時，過熱區域可以比所述目標溫度水平更冷。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平下保持一段時間長度，則該樣品體積可以與過熱區域相接觸(對于加熱或冷却步驟)，幷繼而與被保持在目標溫度水平下的熱區域相接觸(對于保持步驟)。或者，在本文提供的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平下保持一段時間長度，則該樣品體積可以與過熱區域相接觸(對于加熱或冷却步驟)，幷繼而再次放置為與加熱過熱區域接觸幷且在與所述加熱過熱區域熱接觸和脫離熱接觸的狀態之間切換(對于保持步驟)。
例如，PCR過程可能涉及95℃和55℃的目標溫度水平。PCR樣品體積可以與恒定保持在135℃的第一過熱區域熱接觸，以便快速加熱至95℃，幷繼而與恒定保持在8℃的第二過熱區域熱接觸，以便快速冷却至55℃。如果該過程需要使樣品在95℃目標溫度水平下保持一段時間，則可以用所述第一過熱區域將樣品快速加熱至95℃，幷繼而與 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℃目標溫度水平下保持一段時間，則可以用第二過熱區域將樣品快速冷却至55℃，幷繼而與恒定保持在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℃的目標溫度水平。PCR樣品體積可以與恒定保持在135℃的第一過熱區域熱接觸，以便快速加熱至95℃，幷繼而與恒定保持在8℃的第二過熱區域熱接觸，以便快速冷却至55℃。如果所述過程需要使所述樣品在95℃目標溫度水平下保持一段時間，則可以用所述第一過熱區域將樣品快速加熱至95℃，幷繼而通過使該樣品在與所述第一過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，如果所述過程需要使所述樣品在55℃目標溫度水平下保持一段時間，則可以用所述第二過熱區域將所述樣品快速冷却至55℃，幷繼而通過將所述樣品與所述第一過熱區域再次熱接觸幷且使其在與所述第一過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℃。
本公開內容的一方面提供了一種使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平之間循環，所述設備包括：(a)第一過熱區域，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)第二過熱區域，其在工作中時維持在約0℃至約20℃；(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，其被配置用于保持一個或多個樣品；以及(f)一個或多個臂，其被編程用于將所述樣品保持器與(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于使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平之間循環，所述設備包 括：(a)第一過熱區域，其在工作中時維持在約110℃至約140℃；(b)第二過熱區域，其在工作中時維持在約0℃至約35℃；(c)樣品保持器，其被配置用于保持一個或多個樣品；以及(d)一個或多個擺臂，其被編程用于將所述樣品保持器與(a)和(b)的所述區域按順序熱接觸。
可以采用本公開內容的設備作為用于進行反應或過程的熱循環器(在本文中亦稱為熱循環儀)，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平之間循環。圖1A示出了示例性熱循環器裝置100的示意圖，所述熱循環器裝置100包括第一熱量過度區域101、第二熱量過度區域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。所述檢測器可以用于檢測來自樣品保持器的信號。圖1B示出了與第一熱量過度區域101熱接觸的樣品保持器110，而圖1C示出了與第二熱量過度區域102熱接觸的樣品保持器110。
圖2示出了針對PCR反應熱循環的溫度隨時間的示例性曲綫圖200。在第一溫度升高201期間，樣品體積可以與第一過熱區域相接觸以便快速加熱。在模板變性步驟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平。或者，在模板變性步驟202期間，可以使樣品體積在與所述第一過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平。在第一溫度下降203期間，樣品體積可以與第二過熱區域相接觸以便快速冷却。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平。或者，在引物退火步驟204期間，可以將樣品體積與所述第一過熱區域再次熱接觸幷且使其在與所述第一過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平。可以進行附加的熱變化，諸如第二溫度升高205至第三目標溫度水平206(例如，用于 DNA合成)。溫度可繼而升高207回到第一目標溫度水平。對于第二循環220以及所需的那麽多的後續循環而言可以重複第一循環210。
在另一示例中，圖3示出了熱循環儀300的示意圖。該示例性熱循環儀包括安裝在第一旋轉臂305上的第一過熱區域301、安裝在第二旋轉臂上的第二過熱區域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挂鈎306幷且連接至同步帶330。同步帶可以由同步帶驅動馬達331驅動，幷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中以便改進熱接觸。熱循環儀還可以包括具有檢測器的光學模塊320，幷且所述光學模塊可以由光學模塊驅動馬達321驅動。圖4示出了示例性熱循環儀的分解示意視圖，而圖5示出了示例性熱循環儀的側視示意圖。
在另一示例中，圖11示出了熱循環儀1100的示意圖。該示例性熱循環儀包括：第一過熱區域，其包括第一加熱模塊1101和第二加熱模塊1103；第二過熱區域，其包括第一冷却模塊1102和第二冷却模塊1104；樣品保持器1110，其安裝在擺臂1114上，能够保持一個或多個反應器皿1112(例如，PCR管、毛細管)。可選地，還可以將樣品架1113安裝在所述擺臂1114上幷且所述樣品保持器1110可以插在所述樣品架1113中。熱區域可以包括管孔1111，反應器皿可以裝配到管孔1111中以便改進熱接觸。熱循環儀還可以包括具有檢測器的光學模塊1120，幷且所述光學模塊1120可以安裝在光學模塊保持器1122上。擺臂1114可以由引擎(例如，轉向引擎)1115驅動。熱循環儀1100還可以包括馬達1140(例如，步進馬達)，該馬達1140用以驅動加熱模塊1101和1103以及/或者冷却模塊1102和1104以在打開位置與關閉位置之間切換，其中在關閉位置中，反應器皿1112將會與所述加熱模塊1101和 1103或者所述冷却模塊1102和1104熱接觸，而在打開位置中，反應器皿1112將會與所述加熱模塊1101和1103以及所述冷却模塊1102和1104脫離熱接觸。可選地，可以在所述第一過熱區域與所述第二過熱區域之間提供熱絕緣材料，以便避免熱傳導。圖12示出了示例性熱循環儀的內部結構，其具有放置在所述熱區域之上且在所述擺臂1114之下的蓋板1250。圖13示出了示例性熱循環儀的示例性四分之三側視示意圖，其從底部展示了該熱循環儀的內部結構，其中可選地，引導組件1342可以由馬達1140控制。圖14示出了示例性熱循環儀的示例性四分之三側視示意圖，其從底部展示了該熱循環儀的內部結構，其中引導組件1342驅動第一主軸組件1443和第二主軸組件1444，所述第一主軸組件和第二主軸組件轉而驅動加熱模塊1101和1103以及冷却模塊1102和1104以在打開位置與關閉位置之間切換。圖15示出了示例性熱循環儀的示例性四分之三側視分解示意圖。
熱循環操作
本公開內容的方法和裝置可以用于精確地控制樣品的溫度以實現期望的溫度分布(temperature profile)。諸如自動化熱循環器等裝置可以能够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够在以低電壓和/或低功率運行時有利地提供高質量的溫度控制。
在一些實施方式中，緩變時間(即，熱循環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于擴增的(一個或多個)溫度和(一個或多個)時間。可選地，緩變時間和/或緩變速率在各循環之間可以不同。然而在一些情况下， 各循環之間的緩變時間和/或緩變速率可以相同。緩變時間和/或緩變速率可以基于正在處理的(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熱區域的時間量來控制。過熱區域可以用于實現樣品體積的較快速率的溫度變化。與過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却至目標溫度水平。加熱或冷却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平相差多少來控制。加熱或冷却樣品體積的速率可以通過樣品體積在移動與過熱區域脫離接觸幷移動到與目標熱區域熱接觸之前與所述過熱區域熱接觸了多長時間來控制。
在一些情况下，所述樣品體積可以通過與過熱區域熱接觸而一路達到目標溫度水平。在一些情况下，所述樣品體積可以通過與過熱區域熱接觸達到至目標溫度水平程度的一部分，幷繼而與保持在目標溫度水平下的目標熱區域相接觸。樣品體積可以通過與過熱區域相接觸達到目標溫度水平程度的10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9%或100%。
在一些情况下，可以選擇不同溫度之間的緩變時間，例如基于樣品的性質和反應條件的性質來選擇。也可以基于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，可以使用多個熱循環將單個樣品處理(例如，使之經受擴增條件)多次，各個熱循環在例如緩變時間、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循環。這提供了針對被測試的特定樣品或樣品組合裁量熱循環的穩健而高效的方法。
加熱或冷却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。加熱或冷却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。
目標熱區域可以用于使樣品在目標溫度水平下保持一段時間長度。或者，樣品體積可以通過在與加熱過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平下保持一段時間長度。樣品體積可以在目標溫度水平下保持至少約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平下保持至多約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。
熱循環可以進行至少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個循環。熱循環可以進行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個循環。
圖6中示出了熱循環儀操作的示例。圖6A示出了與第一旋轉臂上的第一過熱區域301熱接觸的樣品保持器310。圖6B示出了移動脫離與樣品保持器310熱接觸的第一過熱區域301，以及在第二旋轉臂上的第一目標熱區域303，該第二旋轉臂已擺動成與樣品保持器310熱接觸。圖6C示出了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第二過熱區域302，該第三旋轉臂已擺動成與樣品保持器310熱接觸。圖6D示出了移動脫離與樣品保持器310 熱接觸的第二過熱區域302，以及在第四旋轉臂上的第二目標熱區域304，該第四旋轉臂已擺動成與樣品保持器310熱接觸。所述熱循環儀可以繼而返回至圖6A中示出的配置幷且重複所述循環所需的那麽多次數。樣品保持器可以能够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，幷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中示出了熱循環儀的附加視圖。
圖16中示出了熱循環儀操作的另一示例。圖16A示出了由擺臂1114控制的反應器皿1112被放置成與包括第一冷却模塊1102和第二冷却模塊1104的冷却過熱區域熱接觸。圖16B示出了移動至打開位置幷且與反應器皿1112脫離熱接觸的第一冷却模塊1102和第二冷却模塊1104。圖16C示出了由擺臂1114驅動的反應器皿1112已擺動到包括第一加熱模塊1101和第二加熱模塊1103的加熱過熱區域中，其中第一加熱模塊1101和第二加熱模塊1103處于打開位置中。圖16D示出了移動至周圍的關閉位置幷且與反應器皿熱接觸的第一加熱模塊1101和第二加熱模塊1103。所述熱循環儀可繼而返回至圖16A中示出的配置幷且可以重複所述循環所需的那麽多次數。
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，幷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計算機處理器。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 離熱接觸幷長達確定的時間量。
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，幷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幷長達確定的時間量。
對于熱循環儀中存在的熱區域，在每個循環中將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。
完成單一熱循環所用時間可以約少于或等于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編程的或可調整的。可以調整或編程熱循環儀循環的一些方面，諸如溫度水平的數目、給定溫度水平的溫度、樣品體積達到溫度水平的次序、從一個溫度水平向另一溫度水平移動所花的時間、樣品體積在給定溫度水平下所花的時間量、所進行的循環的數目或其他參數。
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)。樣品可以包含用于進行核酸擴增的試劑。根據要擴增的靶核酸的性質，試劑可以包含用于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、排泄物、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、來源于腫瘤組織的組織液、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、泪液、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。在一些情况下，受試者可以是哺乳動物。受試者的示例可以包括但不限于猿類、禽類、犬類、猫類、馬類、牛類、羊類、猪 類、海豚、嚙齒類(例如，小鼠、大鼠)或昆蟲。
可以通過本領域已知的任何手段從受試者獲得生物樣品。直接從受試者獲得生物樣品的手段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脉內或動脉內進入)、收集分泌的生物樣品(例如，糞便、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。此外，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，除了用于從受試者采集生物樣品以供進一步處理的任何手段之外未進行進一步處理的生物樣品。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)，幷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于進一步的分析。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，生物樣品在提供于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。此外，在一些實施方式中，在將生物樣品提供至反應器皿之前，存在于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 况下，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的情况下，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疱疹病毒、天花和水痘。在一些情况下，靶DNA可以是寄生蟲DNA，寄生蟲諸如為瘧疾寄生蟲或瘧原蟲。在一些情况下，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，諸如結核分枝杆菌(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。可檢測信號的强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綫性正比、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。在一些情况下，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，可檢測信號的强度可以與最初擴增的靶核酸的量成比例。例如，在經由幷行的逆轉錄和對由逆轉錄獲得的DNA的擴增來擴增靶RNA的情况下，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。可檢測信號的强度可以與擴增的DNA產物和/或擴增的原始靶RNA的量成比例。使用報告劑還支持實時擴增方法，包括用于DNA擴增的實時PCR。
報告劑可以通過共價或非共價方式與包括擴增產物在內的核酸相連接。非共價方式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，幷且報告劑水平的變化可用于檢測擴增產物。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，熒光染料)可用作報告劑。用于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、熒光香豆素(fluorcoumanin)、玫瑰樹碱、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、單叠氮乙錠(ethidium monoazide)和ACMA、Hoechst 33258、Hoechst 33342、Hoechst 34580、DAPI、吖啶橙、7-AAD、放綫菌素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)、熒光素、异硫氰酸熒光素(FITC)、异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、綠色熒光蛋白、赤蘚紅、香豆素、甲基香豆素、芘、孔雀綠、茋、螢光黃、級聯藍(cascade blue)、二氯三嗪胺熒光素、丹磺醯氯、熒光鑭系金屬絡合物諸如包含銪和鋱的熒光鑭系金屬絡合物、羧基四氯熒光素、5-和/或6-羧基熒光素(FAM)、5-(或6-)碘代乙醯氨基熒光素、5-{[2(和3)-5-(乙醯巰基)-丁二醯]氨基}熒光素(SAMSA-熒光素)、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熒光團、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染料或其他熒光團。
在一些情况下，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异性寡核苷酸探針。由于探針與擴增產物的序列特异性結合，寡核苷酸探針的使用可以提高檢測的特异性和靈敏度。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)，幷且還可以包括能够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，熒光染料)和相鄰地位于探針上的猝滅劑。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。
可選地，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，熒光染料。在髮夾構型中，光學活性染料和猝滅劑足够緊密地接近，使得猝滅劑能够阻斷染料的光學活性。然而，一旦與擴增產物雜交，該寡核苷酸即呈綫性構象幷與該擴增產物上的靶序列雜交。寡核苷酸的綫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，幷且可被檢測到。分子信標對擴增產物上的靶序列的序列特异性可改善檢測的特异性和靈敏度。
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，報告劑可以是能够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况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。在一些情况下，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。
在一些情况下，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/或用于核酸擴增的試劑，均可提供于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。在一些情况下，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。在一些情况下，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，可選地氣密密封。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于容納至少約0.2毫升(mL)或0.5mL的樣品。反應器皿可被配置用于容納至少約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于容納至多約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于容納約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500mL。反應器皿可以具有的容積被配置用于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厘米(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厘米(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、7 cm、8cm、9cm或10cm的高度。反應器皿可以具有約0.25厘米(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于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平方厘米(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平方厘米(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平方厘米(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于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、塑料及其組合。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。在一些情况下，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。在一些情况下，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。
熱循環器可以能够接收反應器皿。反應器皿可以可移除地提供至熱循環器。反應器皿可以插入于裝置內或者從裝置中取出。反應器皿可以放置在熱循環器的支撑組件上或者從該支撑組件取下。在備選實施方式中，可以將樣品直接加載到裝置中，而無需單獨的反應器皿。在一些情况下，反應器皿或貯器可以直接內置于裝置中。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。在一些情况下，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，熱循環儀)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。熱循環器可以能够交替加熱和冷却樣品。可以提供多個加熱和冷却循環。可以為各個加熱和冷却循環提供任何溫度分布。
核酸擴增
本公開內容的裝置和方法可以用于進行需要在至少兩個溫度水平之間循環的過程和反應，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幷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于各個核酸擴增反應所必需的試劑以獲得反應混合物，幷且使該反應混合物經受對于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于這兩種擴增方法所必需的試劑以形成幷獲得反應混合物，幷使該反應混合物經受適于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。在一些情况下，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于擴增靶核酸幷生成擴增產物。此外，核酸的擴增可以是綫性的、指數性的或其組合。擴增可以是基于乳劑的或可以是基于非乳劑的。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進行擴增的情况下，可以通過RNA的逆轉錄來獲得DNA幷且可以利用隨後的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進行擴增的情况下，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，實時PCR、等位基因特异性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、熱啟動PCR、反向PCR、甲基化特异性PCR、微引物PCR(miniprimer PCR)、多重PCR、巢式PCR、重叠-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)。在一些情况下，DNA擴增是綫性的。在一些情况下，DNA擴增是指數式的。在一些情况下，DNA擴增采用巢式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。在一些情况下，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。在逆轉錄反應的情况下，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况下，核酸產物的第二鏈可以是與自RNA模板產生的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于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聚合酶通常指能够以模板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。對于某種熱啟動聚合酶，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綫。
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模板結合時能够將核苷酸摻入到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循環：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，變性溫度可以為約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于或等于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，延伸溫度可以為約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于或等于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，可以進行多個循環的引物延伸反應。可以進行任何合適數目的循環。例如，進行的循環數可以少于約100、90、80、70、60、50、40、30、20、10或5個循環。進行的循環數可以取决于，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)所必需的循環數(例如，循環閾值(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)所必需的循環數可以少于約或為約100個循環、75個循環、70個循環、65個循環、60個循環、55個循環、50個循環、40個循環、35個循環、30個循環、25個循環、20個循環、15個循環、10個循環或5個循環。此外，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)能够以小于100、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5的循環閾值(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循環數而變化。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循環的特定引物延伸反應，該反應的特徵在于，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，每個單個系列不同于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，單個系列可以不同于所述多個系列中的另一個單個系列。此外，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，可以包括超過十個循環的引物延伸反應，其中第一系列的每個循環包括(i)將反應混合物在約92℃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，可以包括超過十個循環的引物延伸反應，其中第二系列的每個循環包括(i)將反應混合物在約92℃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，該示例幷非意在限制，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况下，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曲綫(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于，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循環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循環閾值减少至少約或大約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90℃至約97℃的溫度下預加熱生物樣品。在一些示例中，可以在約92℃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，用于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，用于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，用于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，用于完成 方法的要素的時間量可以小于或等于120分鐘，小于或等于90分鐘，小于或等于75分鐘，小于或等于60分鐘，小于或等于45分鐘，小于或等于40分鐘，小于或等于35分鐘，小于或等于30分鐘，小于或等于25分鐘，小于或等于20分鐘，小于或等于15分鐘，小于或等于10分鐘，或者小于或等于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，熱循環儀)可以用于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平下或約恒定溫度水平下，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。溫度水平可以是目標溫度水平，諸如可用于反應步驟的溫度。例如，圖2示出了使用第一目標溫度水平(例如，95℃)的第一過程步驟202和使用第二目標溫度水平(例如，55℃)的第二過程步驟204。溫度水平可以是過溫度水平，諸如比目標溫度水平更高或更低的溫度。例如，可以在將樣品加熱至95℃的第一目標溫度水平的過程中使用135℃的第一過溫度水平，幷且可以在將樣品冷却至55℃的第二目標溫度水平的過程中使用8℃的第二過溫度水平。
設備可以包括恒定保持在相似的或不同的溫度水平下的多個熱區域。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、對應的第一過熱區域、第二目標熱區域以及對應的第二過 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個或更多個過熱區域。一個過熱區域可以與一個或多個目標熱水平結合使用。例如，處于135℃的過熱區域可以用于將樣品加熱至70℃的第一目標溫度水平幷且還可以用于將樣品加熱至95℃的第二目標溫度水平。
目標熱區域可以設定至目標溫度水平。目標溫度水平可以為約80℃至約100℃。目標溫度水平可以為約90℃至約95℃。目標溫度水平可以為約92℃至約95℃。目標溫度水平可以為約90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃。目標溫度水平可以為約40℃至約70℃。目標溫度水平可以為約50℃至約60℃。目標溫度水平可以為約40℃、45℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或85℃。
過熱區域可以設定至過溫度水平。過溫度水平可以為約110℃至約140℃。過溫度水平可以為約125℃至約135℃。過溫度水平可以為約110℃、115℃、120℃、125℃、126℃、127℃、128℃、129℃、130℃、131℃、132℃、133℃、134℃、135℃、136℃、137℃、138℃、139℃、140℃、145℃或150℃。過溫度水平可以為約0℃至約35℃。過溫度水平可以為約0℃至約20℃。過溫度水平可以為約5℃至約10℃。過溫度水平可以為約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，還可以采用過熱區域來使 樣品體積維持在第一目標溫度水平和/或第二目標溫度水平。這可以例如通過使過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，過熱區域可以包括第一加熱模塊和第二加熱模塊，所述第一加熱模塊和第二加熱模塊被驅動以在打開位置與關閉位置之間切換，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。
在一些情况下，設備可以包括保持在約92℃至約95℃的第一目標溫度水平下的第一目標熱區域、保持在約110℃至約140℃的第一過溫度水平下的第一過熱區域、保持在約40℃至約70℃的第二目標溫度水平下的第二目標熱區域以及保持在約0℃至約20℃的第二過溫度水平下的第二過熱區域。在一些情况下，設備可以包括保持在約95℃的第一目標溫度水平下的第一目標熱區域、保持在約135℃的第一過溫度水平下的第一過熱區域、保持在約55℃的第二目標溫度水平下的第二目標熱區域以及保持在約8℃的第二過溫度水平下的第二過熱區域。
熱區域可以在整個熱循環操作中保持設定至特定的溫度水平。或者，熱區域可以在熱循環操作期間從一個溫度水平改變為另一溫度水平。熱區域可以在熱循環操作期間設定至1、2、3、4、5個或更多個不同的溫度水平。
設備可以利用傳導、對流、輻射或其組合來加熱和/或冷却樣品。熱區域可以包括加熱塊、加熱模塊和/或冷却模塊。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，其包括但不限于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。在一些情况下，可以為熱塊提供高密度的加熱和/或冷却元件。在一些情况下，可以使用電力為熱循環器的加熱/冷却 系統進行電阻式加熱。可以使用其他技術，諸如感應加熱，來控制熱循環器的加熱/冷却系統。在一些情况下，可以使用珀爾貼裝置(Peltier device)來加熱或冷却熱循環器中的樣品。
設備可以包括熱區域之間的熱絕緣。熱絕緣可以用于防止或减少熱傳導，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于空氣或其他氣體、真空、泡沫、塑料、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于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。在其他情况下，所述熱區域可以是平坦的。在一些情况下，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。熱區域可以移動成與樣品體積相接觸，或者樣品體積可以移動成與熱區域相接觸。在一些情况下，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(例如綫性臂、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。在一些情况下，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(例如綫性臂、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，包括但不限于綫性路徑、曲綫 路徑和正弦曲綫路徑。在一些示例中，相比于由綫性運動提供的致動，用于移動的曲綫路徑可以提供更簡單且更快的致動。在一些示例中，用于移動的曲綫路徑可以减少或消除對高精度控制的需要。在一些示例中，用于移動的曲綫路勁可以减小所需的裝置體積。在一些情况下，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。在一些情况下，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。在一些情况下，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于或大約正交于熱區域的方向上移動。例如，樣品保持器可以垂直移動，而熱區域水平運動。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，水平地移動)。
例如，圖3示出了熱循環儀設備300的示意圖。該示例性循環儀包括安裝在第一旋轉臂305上的第一過熱區域301、安裝在第二旋轉臂上的第二過熱區域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挂鈎306幷且連接至同步帶330。所述同步帶可以由同步帶驅動馬達331驅動，幷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中用于改進熱接觸。熱循環儀還可以包括具有檢測器的光學模塊320，幷且所述光學模塊可以由光學模塊驅動馬達321驅動。圖4示出了示例性熱循環儀的分解示意視圖，而圖5示出了示例性熱循環儀的側視示意圖。
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况下檢測信號。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决于，例如，具體的擴增產物，用于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是否使用報告劑，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于熒光測定法和紫外-可見光吸收。光譜檢測方法包括但不限于質譜法、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于基于凝膠的技術，例如，凝膠電泳。電化學檢測方法包括但不限于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傳感器或多個圖像傳感器。圖像傳感器可以能够進行光學檢測。圖像傳感器可以包括電荷耦合器件(CCD)傳感器，包括冷却的CCD。圖像傳感器可以包括有源像素傳感器(APS)，諸如CMOS或NMOS傳感器。檢測器可以包括激光傳感器。檢測器可以包括光電二極管，諸如雪崩光電二極管。檢測器可以包括光電倍增管(PMT)。傳感器可以包括單個傳感器或者多個相同類型或不同類型的傳感器。
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熒光信號或其他發光信號。該光信號可以由樣品響應于向該樣品提 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、熒光燈、氣體放電燈、弧光燈或LED燈。光源可以包括激光。光源可以產生特定的波長或波長範圍，諸如UV。光源可以包括用于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。光源可以位于裝置內。在一些情况下，光可以被樣品吸收，幷且樣品可以發射光。所發射的光可以處于與發射的光相同或不同的波長。在一些情况下，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，而檢測器可以能够檢測穿過樣品的光。
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綫。在一些情况下，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。可選地，光路可以整個提供于裝置的外殼內。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。這可以有利地减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。檢測器可以能够經由光路，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，可以將關于擴增產物(例如，擴增的DNA產物)的存在和/或擴增產物量的信息輸出至接收者。可以經由任何合適的手段來輸出關于擴增產物的信息。可以在核酸擴增正在進行時實時地提供這樣的信息。在其他情况下，一旦核酸擴增已經完成，就可以提供所述信息。在一些情况下，一些數據可以實時提供，而其他信息 可以在擴增一旦完成時就呈遞。
在一些實施方式中，此類信息可口頭提供給接收者。在一些實施方式中，這樣的信息可以在報告中提供。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于受試者的信息(例如，性別、年齡、種族、健康狀况等)、原始數據、經處理的數據(例如，圖形顯示(例如，圖、圖表、數據表、數據匯總)、確定的循環閾值、靶多核苷酸起始量的計算值)，關于是否存在靶核酸的結論，診斷信息，預後信息，疾病信息等及其組合。該報告可以作為打印的報告(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况)中，這樣的信息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、可操作地與用于獲得擴增產物的單元相連結的屏幕、平板計算機屏幕、移動裝置屏幕等。打印的報告和電子報告均可分別儲存在文件或數據庫中，以使得它們可被訪問以供與以後的報告進行比較。
此外，可以使用任何合適的通信媒介(例如包括，網絡連接、無綫連接或因特網連接)將報告傳送至本地位置或遠程位置處的接收者。在一些實施方式中，報告可以發送至接收者的裝置，諸如個人計算機、電話、平板計算機或其他裝置。所述報告可以被在綫查看、保存在接收者的裝置上或打印。報告還可以由用于傳輸信息的任何其他合適的手段傳輸，所述手段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。
此外，這樣的信息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、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計算機以及/或者一個或多個計算機服務器)、公共衛生工作者、其他醫務人員和其他醫療設施。
功率單元
在一些情况下，可以使用低電壓來為裝置供電。例如，可以使用12V或更小的電壓來為裝置供電。所述低電壓可以用于為檢測器和熱循環器供電。可以使用低電壓用于熱循環。在一些實施方式中，所述低電壓可以小于或等于約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以進行熱循環。在一些情况下，可以使用小于或等于約50V、40V、30V、24V、20V、18V、16V、15V、14V、13V、12V、11V、10V、9V、8V、7V、6V、5V、4V、3V、2V或1V的低電壓來進行熱循環和檢測的組合。
在一些情况下，可以使用低水平的功率用于熱循環或者熱循環和檢測的組合。例如，可以使用約84W來進行熱循環和檢測。在一些情况下，低功率可以小于或等于約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。用于運行裝置的功率的量可以小于或等于本文所述的任何值。或者，用于運行裝置的功率的量可以大于或等于本文所述的任何值。用于運行裝置的功率的量可以處于本文所述的任何兩個值之間的範圍中。用于運行熱循環器和檢測器的功率的量可以具有小于本文所述的任何值的總量。用于運行熱循環器和檢測器的功率的量可以具有大于本文所述的任何值的總量。用于運行熱循環器和檢測器的功率的量可以處于本文所述的任何兩個值之間的範圍中。
裝置還可以在工作中連結至儲能裝置。儲能裝置可以是電池組。電池組可以是便携式電池組。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，包括但不限于鉛酸電池、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，儲能裝置可以提供于裝置的外殼內。儲能裝置可以是可從裝置移除的，或者可以是裝置的整體部分。在一些情况下，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。在一些情况下，儲能裝置可以是可再充電的。儲能裝置可以是在位于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，但不位于裝置的外殼內。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幷就位。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，連接器可以是導綫、綫纜或其他導電通路。可選地，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。對于裝置而言，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，儲能裝置可以無綫地為裝置供電。
儲能裝置可以使用低電壓來為裝置供電。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電。存儲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)來為裝置的熱循環器和檢測器供電。可選地，還可以使用不超過總共12V的電壓來為裝置的其他組件(例如，輸入模塊、輸出模塊、光源、處理器)供電。
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。儲能裝置可以可選地以與其所接收的電壓相同的電壓輸出能量。
在一些情况下，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電。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電，幷且該外部功率源可以用于對儲能裝置充電。在一些情况下，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電。
如前文所述，可以使用任何低電壓的功率來為裝置供電。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。
裝置可以能够在低功率下運行。任何組件的組合可以能够在低功率下運行。例如，熱循環器和檢測器可以能够在組合的低功率下運行。熱循環器和檢測器以及輸入單元可以能够在組合的低功率下運行。熱循環器、檢測器、輸入單元和輸出單元可以能够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于任何其他類型的儲能裝置，幷且反之亦然。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。在一些情况下，外部功率源可以是運載工具或設施中的充電端口。例如，可以使用電輸出口或其他類型的充電端口。在另一示例中，外部功率源可以是發電裝置。在一些情况下，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幷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、幷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。電壓輸出可以可選地是低電壓，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，電壓輸入可以等于電壓輸出。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。電壓輸出可以是用于為裝置供電的電壓。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。在一種情况下，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。在一些情况下，充電器功率可以小于或等于約84W。在一些情况下，充電器功率可以小于或等于約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。在其他情况下，容量可以小于或等于約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。在一些情况下，充電時間可以小于或等于約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。在一些情况下，充電時間可以大于或等于本文所述的任何充電時間。充電時間可以處于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。在一些情况下，工作持續時間可以小于充電時間。或者，工作持續時間可以大于或等于充電時間。工作持續時間可以約為4小時或更少。在一些情况下，工作持續時間可以小于或等于約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。在一些情况下，工作持續時間可以大于或等于本文所述的任何工作持續時間。工作持續時間可以處于本 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。電池組可以是便携式的。電池組可以能够由人類搬運和携帶。電池組可以能够放置在汽車中。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、對角綫、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，電池組可以具有大于本文所述的任何尺寸值的最大尺寸。在一些情况下，電池組可以具有處于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占據的表面的面積。在一些情况下，電池組可以具有小于或等于約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。電池組可以具有大于或等于本文所述的任何值的占地面積。電池組可以具有處于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。在一些情况下，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。在一些情况下，電池可以具有小于約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。電池組可以具有大于本文所述的任何體積的體積。電池組可以具有處于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重量。例如，電池組的重量可以小于或等于約1.65kg。電池組的重量可以小于或等于約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于本文所述的任何值。電池組可以具有處于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/或組件的、用于進行核酸擴增的裝置遞送功率。
外殼
熱循環儀和/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組件。外殼可以橫向圍住裝置的組件以及/或者在頂部和底部上圍住裝置的組件。外殼可以可選地是剛性結構。例如，外 殼可以將熱循環器包含于其中。可選地，檢測器也可以包含在外殼內。在其他實現方式中，檢測器可以位于裝置的外殼之外。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中示出了熱循環儀的外殼的示例。圖10A示出了外殼的外接盒的示例性俯視圖而圖10B示出了外殼的外接盒的示例性仰視圖。圖10C示出了示例性熱循環儀的外殼1000的示例性立體視圖，所述熱循環儀包括位于基礎殼體1006之上的控制面板1005，其中所述控制面板1005可以包括開關按鈕1001、電子顯示器1035和蓋1002，幷且其中基礎殼體1006可以包括電源端口1003和USB連接器1004。圖10D示出了蓋1002打開的外殼頂部的示例性局部放大視圖，露出了幷于基礎殼體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。
裝置可以具有不超過約15cm的最大尺寸(例如，長度、寬度、高度、對角綫、直徑)。在一些情况下，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，裝置可以具有大于本文所述的任何尺寸值的最大尺寸。在一些情况下，裝置可以具有處于本文所述的任何兩個值之間的範圍中的最大尺寸。
可以為裝置提供任何占地面積。占地面積可以包括裝置的橫截面面積。占地面積可以包括裝置在擱置于表面上時將會占據的表面的 面積。在一些情况下，裝置可以具有小于或等于約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。裝置可以具有大于或等于本文所述的任何值的占地面積。裝置可以具有處于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。在一些情况下，電池可以具有小于約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、4500cm3、5000cm3、5500cm3、6000cm3、7000cm3、8000cm3、9000cm3或10,000cm3的體積。裝置可以具有大于本文所述的任何體積的體積。裝置可以具有處于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，裝置的重量可以小于或等于約2kg。裝置的重量可以小于或等于約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。裝置的重量可以大于本文所述的任何值。裝置可以具有處于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，同時被配置用于進行核酸擴增和/或對核酸擴增的實時檢測。裝置可以是具有本文所述的任何尺寸同時能够在低電壓的功率下運行的便携式裝置。這可以有利地充分利用該裝置的便携性，不僅在大小上，而且還有從寬範圍的功率源得到供電和/或具有更長的電池壽命的能力。
計算機控制系統
本公開內容提供了被編程用于實現本公開內容的方法的計算機控制系統。計算機控制系統可被配置或整合在本公開內容的裝置(例如，熱循環儀)內。圖9示出了被編程或以其他方式配置用于控制熱循環器的運行幷收集數據的計算機系統。計算機系統901可以調節本公開內容的熱循環器的各個方面，舉例而言，目標溫度水平、過溫度水平、緩變速率和時間、循環數目、目標溫度的保持時間和數據收集。計算機系統901可以是用戶的電子設備或相對于該電子設備位于遠程的計算機系統。該電子設備可以是移動電子設備。
計算機系統901包括中央處理單元(CPU，本文中亦稱為“處理器”和“計算機處理器”)905，其可以是一個單核或多核處理器或者多個處理器以供幷行處理。計算機系統901還包括存儲器或存儲位置910(例如，隨機存取存儲器、只讀存儲器、閃速存儲器)、電子存儲單元915(例如，硬盤)、用于與一個或多個其他系統通信的通信接口920(例如，網絡適配器)以及外圍設備925，諸如高速緩沖存儲器、其他存儲器、數據存儲和/或電子顯示適配器。存儲器910、存儲單元915、接口920和外圍設備925通過諸如主板等通信總綫(實綫)與CPU 905相通 信。存儲單元915可以是用于儲存數據的數據存儲單元(或數據儲存庫)。計算機系統901可以借助于通信接口920可操作地耦合至計算機網絡(“網絡”)930。網絡930可以是因特網、互聯網和/或外聯網，或者與因特網相通信的內聯網和/或外聯網。在一些情况下，網絡930是電信和/或數據網絡。網絡930可以包括一個或多個計算機服務器，所述一個或多個計算機服務器可以支持分布式計算，諸如雲計算。在一些情况下，網絡930借助于計算機系統901可以實現對等網絡，這可以使耦合至計算機系統901的設備能够起到客戶端或服務器的作用。
CPU 905可以執行一系列機器可讀指令，該計算機可讀指令可以體現在程序或軟件中。該指令可以儲存在諸如存儲器910等存儲位置中。該指令可以針對于CPU 905，CPU 905可以隨後編程或以其他方式配置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可以是諸如集成電路等電路的一部分。系統901的一個或多個其他組件可以包括在電路中。在一些情况下，該電路是專用集成電路(ASIC)。
存儲單元915可以儲存文件，諸如驅動程序、庫和保存的程序。存儲單元915可以儲存用戶數據，例如，用戶偏好和用戶程序。在一些情况下，計算機系統901可以包括一個或多個附加數據存儲單元，所述附加數據存儲單元在計算機系統901外部，諸如位于通過內聯網或因特網與計算機系統901相通信的遠程服務器上。
計算機系統901可以通過網絡930與一個或多個遠程計算機系統相通信。例如，計算機系統901可以與用戶的遠程計算機系統(例如，個人電子設備)相通信。遠程計算機系統的示例包括個人計算機(例如，便携式PC)、平板或平板型PC(例如，Apple® iPad、Samsung® Galaxy Tab)、電話、智能電話(例如，Apple® iPhone、支持Android的 設備、Blackberry®)或個人數字助理。用戶可以經由網絡930訪問計算機系統901。
如本文所述的方法可以通過機器(例如，計算機處理器)可執行代碼的方式來實現，所述機器可執行代碼儲存在計算機系統901的電子存儲位置上，例如在存儲器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够以軟件的形式提供。在使用期間，該代碼可以由處理器905執行。在一些情况下，可以從存儲單元915檢索該代碼幷將其儲存在存儲器910上以備由處理器905獲取。在一些情况下，可以排除電子存儲單元915，而將機器可執行指令儲存在存儲器910上。
該代碼可被預編譯幷配置用于與具有適于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。該代碼能够以編程語言來提供，可以選擇編程語言以使該代碼能够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，諸如計算機系統901，可以體現在編程中。本技術的各個方面可以被認為是“產品”或“製品”，其一般為携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/或相關聯數據的形式。機器可執行代碼可以儲存在諸如存儲器(例如，只讀存儲器、隨機存取存儲器、閃速存儲器)等電子存儲單元或硬盤上。“存儲”型介質可以包括計算機的任何或全部有形存儲器、處理器等，或者其相關聯模塊，諸如各種半導體存儲器、磁帶驅動器、磁盤驅動器等，其可在任何時間為軟件編程提供非暫時性存儲。該軟件的全部或部分有時可以通過因特網或各種其他電信網絡進行通信。這樣的通信，例如，可以使軟件能够從一個計算機或處理器加載到另一計算機或處理器，例如，從管理服務器或主機加載到應用服務器的計算機平臺。因此，可以承載軟件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接 口、通過有綫和光學陸綫網絡以及通過各種空中鏈路而使用。携帶諸如有綫或無綫鏈路、光學鏈路等這種波的物理元件，也可以被認為是承載軟件的介質。如本文所使用的，除非受限于非暫時性有形“存儲”介質，否則諸如計算機或機器“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，諸如計算機可執行代碼，可以采取許多形式，包括但不限于：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盤或磁盤，諸如任何一個或多個計算機中的任何存儲設備等，諸如可以用于實現如附圖中所示的數據庫等。易失性存儲介質包括動態存儲器，諸如這樣的計算機平臺的主存儲器。有形傳輸介質包括同軸電纜；銅綫和光纖，包括導綫，所述導綫包括計算機系統內的總綫。載波傳輸介質可采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)數據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，計算機可讀介質的常見形式例如包括：軟盤、柔性盤、硬盤、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、任何其他存儲器芯片或匣盒、傳送數據或指令的載波、傳送這樣的載波的電纜或鏈路，或者計算機可以從中讀取編程代碼和/或數據的任何其他介質。這些計算機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。
計算機系統901可以包括電子顯示器935或與之通信，該電子顯示器935包括用于提供例如溫度水平、熱循環方案條件和來自樣品體積的信號數據的用戶界面(UI)940。UI的示例包括但不限于圖形用戶界面(GUI)和基于網絡的用戶界面。
圖17A示出了包括本發明的示例性熱循環儀設備的控制面板1700的示例。控制面板1700可以包括開關按鈕1701和電子顯示器1735。圖17B示出了包括用戶界面(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/或文本信息，諸如圖片、圖標和文本)。圖形元素在用戶界面上可以具有各種大小和定向。而且，電子顯示器屏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。電子顯示器屏幕的非限制性示例包括監視器、移動設備屏幕、膝上型計算機屏幕、電視、便携式視頻游戲系統屏幕和計算器屏幕。在一些實施方式中，電子顯示器屏幕可以包括觸摸屏(例如，電容式或電阻式觸摸屏)，以使得電子顯示器屏幕的用戶界面上所顯示的圖形元素可以通過用戶觸摸該電子顯示器屏幕而被選擇。在一個示例中，所述圖形元素可以是展示用戶身份(諸如普通用戶或管理員，如圖17B中示出的圖標1736所圖示)的圖標。
圖18示出了包括多個圖形元素的示例用戶界面1840，例如，它可以包括可由用戶訪問用以執行返回至前一界面的方案的元素1842。它還可以包括可由用戶采用以輸入諸如密碼等信息的圖形元素1841。
在一些實施方式中，圖形元素中的每一個可以與疾病相關聯，幷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在受試者體內的存在。因此，在這樣的情况下，用戶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。在一些實施方式中，疾病可以與病毒相關聯，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，盔甲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、單純疱疹病毒、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，疾病可以與致病性的細菌(例如，結核分枝杆菌)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中示出了具有多個圖形元素的用戶界面的示例，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，示例用戶界面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(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，所述特定疾病轉而與針對該特定疾病的一個或多個擴增方案相關聯。在用戶選擇(例如，當電子顯示器屏幕包括具有用戶界面1940的觸摸屏時，用戶觸摸)特定的圖形元素時，與關聯于該圖形元素的疾病相關聯的(一個或多個)特定的擴增方案可以由相關聯的計算機處理器執行。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計算機處理器執行。用戶界面可以具有任何合適數目的圖形元素，每個圖形元素對應于特定疾病。另外，在圖19的用戶界面1940中示出的每個圖形元素僅與一種疾病相關聯的情况下，用戶界面的每個圖形元素可以與一種或多種疾病相關聯，以使得相關聯的計算機處理器在用戶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)。例如，圖形元素可以對應于埃博拉病毒和 H1N1病毒，以使得對該圖形元素的選擇導致相關聯的計算機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，用戶界面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示出了包括多個圖形元素的另一示例用戶界面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、擴增循環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/或减小)某些反應參數的圖形元素2046。
圖21示出了用于運行擴增實驗的另一示例用戶界面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提供了用戶界面的示例，其示出了描繪核酸擴增反應的結果的曲綫圖。
本發明的一方面提供了一種用于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器屏幕，該電子顯示屏幕包括顯示圖形元素的用戶界面，所述圖形元素可由用戶訪問用以執行擴增方案，以使該生物樣品中的靶核酸擴增。該系統還可以包括計算機處理器，該計算機處理器耦合至電子顯示器屏幕幷且被編程用于在由用戶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循環：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，單個系列可以不同于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，試劑可包含脫氧核糖核酸(DNA)聚合酶、可選的逆轉錄酶以及針對所述靶核酸的引物組。在一些實施方式中，用戶界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在受試者體內的存在。在一些實施方式中，疾病可以與病毒相關聯，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，所述病毒可以選自包含以下各項的組：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、單純疱疹病毒、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，流感病毒可以選自包含以下各項的組：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盔甲RNA-丙型肝炎病毒(RNA-HCV)。在一些實施方式中，疾病可以與致病性的細菌(例如，結核分枝杆菌)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，靶核酸可以與疾病相關聯。在一些實施方 式中，擴增方案可以涉及基于擴增產物的存在而測定疾病的存在。在一些實施方式中，疾病可以與病毒相關聯，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，所述病毒可以選自包含以下各項的組：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、單純疱疹病毒、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，流感病毒可以選自包含以下各項的組：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盔甲RNA-丙型肝炎病毒(RNA-HCV)。在一些實施方式中，疾病可以與致病性的細菌(例如，結核分枝杆菌)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于使在從受試者獲得的生物樣品中存在的靶核酸擴增的系統。該系統可以包括輸入模塊，該輸入模塊接收使所述生物樣品中的所述靶核酸擴增的用戶請求。該系統還可以包括擴增模塊，該擴增模塊響應于所述用戶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，該反應混合物包含所述生物樣品和用于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)引物組，其針對所述靶核酸。所述擴增模塊還可以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循環 的至少兩個目標溫度水平之間循環：(a)將所述樣品保持器與第一過熱區域熱接觸以實現第一目標溫度水平；以及(b)將所述樣品保持器與第二過熱區域熱接觸以實現第二目標溫度水平；其中所述第一過熱區域處于比所述第一目標溫度水平更高的溫度下，而所述第二過熱區域處于比所述第二目標溫度水平更低的溫度下。在各個方面中，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塊，該輸出模塊在工作中耦合至所述擴增模塊，其中所述輸出模塊向接收者輸出關于所述靶核酸或所述擴增產物的信息。在某實施方式中，擴增模塊可以是如本文所公開的任何設備。
在另一方面中，本發明提供了一種用于使從受試者獲得的生物樣品中的靶核酸擴增的系統。該系統可以包括電子顯示器屏幕，該電子顯示器屏幕包括顯示圖形元素的用戶界面，所述圖形元素可由用戶訪問用以執行擴增方案，以使所述生物樣品中的所述靶核酸擴增。該系統還可以包括計算機處理器，該計算機處理器耦合至所述電子顯示器屏幕幷被編程用于在由所述用戶選擇所述圖形元素時執行所述擴增方案。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于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循環的至少兩個目標溫度水平之間循環：(a)將所述樣品保持器與第一過熱區域熱接觸以實現第一目標溫度水平；以及(b)將所述樣品保持器與第二過熱區域熱接觸以實現第二目標溫度水平；其中所述第一過熱區域處于比所述第一目標溫度水平更高的溫度下，而所述第二過熱區域處于比所述第二目標溫度水平更低的溫度下。
在一些實施方式中，擴增方案還可以包括選擇針對所述靶核酸 的引物組。在一些實施方式中，所述試劑可以包含(i)脫氧核糖核酸(DNA)聚合酶和可選的逆轉錄酶，和(ii)引物組，其針對所述靶核酸。在一些實施方式中，所述用戶界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，所述圖形元素中的每一個可以與疾病相關聯，幷且其中所述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在所述受試者體內的存在。
在一些實施方式中，疾病可以與病毒相關聯，所述病毒諸如為RNA病毒和/或DNA病毒。在一些實施方式中，所述病毒可以選自包含以下各項的組：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、單純疱疹病毒、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)以及盔甲RNA-丙型肝炎病毒(RNA-HCV)。
在一些實施方式中，疾病可以與致病性的細菌或致病性的原生動物(諸如結核分枝杆菌或瘧原蟲)相關聯。
在各個方面中，所述系統可以包括輸入模塊，該輸入模塊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。可以使用任何能够接受這樣的用戶請求的合適模塊。該輸入模塊可包括，例如，包含一個或多個處理器的設備。包含處理器(例如，計算機處理器)的設備的非限制性示例包括：臺式 計算機、膝上型計算機、平板計算機(例如，Apple® iPad、Samsung® Galaxy Tab)、蜂窩電話、智能電話(例如，Apple® iPhone、支持Android®的電話)、個人數字助理(PDA)、視頻游戲控制台、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/或計算機系統的其他單元相關聯，或者在需要時植入固件中。如果在軟件中實現，則例程(或程序)可以儲存在任何計算機可讀存儲器中，所述計算機可讀存儲器諸如為RAM、ROM、閃速存儲器、磁盤、激光盤或其他存儲介質。同樣地，該軟件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，通過通信信道，諸如電話綫、因特網、本地內聯網、無綫連接等，或者經由便携式介質，諸如計算機可讀磁盤、閃盤驅動器等。各個步驟可以作為各種區塊、操作、工具、模塊或技術而實現，所述區塊、操作、工具、模塊或技術轉而可以在硬件、固件、軟件或其任意組合中實現。當在硬件中實現時，這些區塊、操作、技術等中的一些或全部可以在例如定制集成電路(IC)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程邏輯陣列(FPGA)、可編程邏輯陣列(PLA)等中實現。
在一些實施方式中，輸入模塊被配置用于接收用戶請求以進行靶核酸擴增。輸入模塊可以直接地(例如，通過輸入設備，諸如由用戶操作的鍵盤、鼠標或觸摸屏)或間接地(例如，通過有綫或無綫連接，包括通過因特網)接收用戶請求。輸入模塊可以經由輸出電子器件向擴增模塊提供用戶的請求。在一些實施方式中，輸入模塊可以包括用戶界面(UI)，諸如圖形用戶界面(GUI)，該用戶界面被配置成支持用戶提供使靶核酸擴增的請求。GUI可以包括文本、圖形和/或音頻組件。GUI可以提供于電子顯示器上，包括含有計算機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摸屏。
本公開內容的方法和系統可以通過一種或多種算法的方式來實現。在由中央處理單元905執行時，算法可以通過軟件的方式實現。所述算法例如可以計算定時和運動以執行編程的熱循環方案，或者收集和處理來自樣品體積的數據(例如，熒光數據)。
雖然本文已經示出和描述了本發明的優選實施方式，但對于本領域技術人員將會顯而易見的是，這樣的實施方式只是通過示例的方式而提供的。本文幷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，本發明的所有方面幷不限于本文闡述的特定描繪、配置或相對比例，而是取决于多種條件和變量。應當理解，在實施本發明的過程中可以采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。
實施例 實施例1--快速熱循環
用戶將包括DNA樣品、PCR試劑和嵌入染料的20個樣品體積加載到熱循環儀的樣品保持器中。每個樣品體積為20mL。熱循環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。熱循環儀開始使所述樣品體積熱循環。在每個熱循環中，發生以下情况：
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熱區域水平移入，以使得所述樣品保持器和所述第一過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熱區域水平移入，以使得所述樣品保持器和所述第二過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却至約55℃。所述樣品保持器向上移動，而所述第二過熱區域水平移出。
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完成了一個熱循環，這在2秒內發生。進行5個熱循環，幷且熱循環儀的檢測器檢測來自所述樣品體積的、指示出核酸擴增的熒光信號。將所述信號傳輸至計算機幷記錄作為數據。進行附加的熱循環，幷且從每個樣品體積收集熒光信號數據。將該數據標繪成信號强度對熱循環數，顯示在屏幕上幷打印作為報告。
實施例2--金屬浴恒溫區域
200微升(μL)的PCR樣品管加載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℃的第二過熱區域和恒定保持在55℃的第二目標熱區域。在第一過熱區域、第一目標熱區域、第二過熱區域與第二目標熱區域之間的循環中移動PCR管。該PCR管及其內容物以約7℃/秒的速率在95℃與55℃的目標溫度水平之間加熱和冷却。
實施例3--來自機動車電源的操作
用戶將熱循環儀設備帶到機動車中。用戶將熱循環儀設備的電源插入到機動車的點烟器電源適配器中。該用戶將樣品和試劑加載到熱循環儀設備中，該熱循環儀設備進行混合以形成反應混合物。用戶設定該熱循環儀設備運行。所述熱循環儀設備從機動車獲取動力幷且使反應混合物的溫度循環。使所述樣品擴增幷記錄所述擴增的結果。
實施例4--遠程監視
用戶將樣品和試劑加載到熱循環儀設備中。用戶用該熱循環儀設備引發擴增反應。用戶從所述熱循環儀設備行進至單獨的位置。該用戶可以在遠程監視設備上查看擴增過程的實時圖像。
實施例5--遠程控制
用戶將樣品和試劑加載到熱循環儀設備中。用戶用該熱循環儀設備引發擴增反應。用戶從所述熱循環儀設備行進至單獨的位置。該用戶從遠程裝置向熱循環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循環
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加載到熱循環儀的樣品保持器中。熱循環儀的定時控制系統控制安裝于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。熱循環儀開始使所述樣品體積熱循環。在每個熱循環中，發生以下情况：
A)組成了保持在恒定溫度8℃下的冷却過熱區域的第一冷却模塊和第二冷却模塊沿反方向水平移動遠離樣品保持器以到達打開位置，以使得所述樣品體積和所述冷却模塊不與彼此熱接觸。
B)用擺臂使所述樣品保持器擺動至加熱過熱區域中以及第一加熱模塊與第二加熱模塊之間，其中所述第一加熱模塊和所述第二加熱 模塊處于打開位置中而所述加熱過熱區域保持在135℃的恒定溫度下。
C)所述加熱過熱區域的所述第一加熱模塊和所述第二加熱模塊朝向所述樣品保持器水平移動以到達關閉位置，使得所述第一加熱模塊和所述第二加熱模塊包圍所述樣品體積幷與之熱接觸。將所述樣品體積加熱至約95℃。
D)可選地，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，則所述第一加熱模塊和所述第二加熱模塊交替地遠離和朝向所述樣品保持器水平移動以在打開位置與關閉位置之間切換，從而當檢測到的溫度低于約95℃時與所述樣品體積熱接觸，而當檢測到的溫度高于約95℃時與所述樣品體積脫離熱接觸。
E)所述第一冷却模塊和所述第二冷却模塊沿反方向水平移動遠離所述樣品保持器以到達打開位置，以使得所述樣品體積和所述加熱模塊不與彼此熱接觸。
F)用所述擺臂使所述樣品保持器擺動至冷却過熱區域中以及第一冷却模塊與第二冷却模塊之間，其中所述第一冷却模塊和所述第二冷却模塊處于打開位置中。
G)保持在8℃的恒定溫度下的冷却過熱區域的第一冷却模塊和第二冷却模塊朝向所述樣品保持器水平移動以到達關閉位置，使得所述第一冷却模塊和所述第二冷却模塊包圍所述樣品體積幷與之熱接觸。將所述樣品體積冷却至約55℃。
進行步驟A)到步驟G)完成了一個熱循環，這在2秒內發生。進行5個熱循環，幷且熱循環儀的檢測器檢測來自所述樣品體積的、指示出核酸擴增的熒光信號。將所述信號傳輸至計算機幷記錄作為數據。進行附加的熱循環，幷且從每個樣品體積收集熒光信號數據。將該數據標繪成信號强度對熱循環數，顯示在屏幕上幷打印作為報告。
可選地，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，那麽執行步驟A)和步驟B)，隨後執行步驟H)，其中所述第一加熱模塊和所述第二加熱模塊交替地遠離和朝向所述樣品保持器水平移動以在打開位置與關閉位置之間切換，從而當檢測到的溫度低于約55℃時與所述樣品體積熱接觸，而當檢測到的溫度高于約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℃。
100‧‧‧熱循環器裝置
101‧‧‧第一熱量過度區域
102‧‧‧第二熱量過度區域
110‧‧‧樣品保持器
120‧‧‧檢測器

Claims (72)

  1. 一種使包含于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平之間循環，所述方法包括：(a)將所述樣品保持器與第一過熱區域熱接觸，以實現第一目標溫度水平；(b)將所述樣品保持器與第二過熱區域熱接觸，以實現第二目標溫度水平；以及可選地重複步驟(a)和步驟(b)；其中所述第一過熱區域處于比所述第一目標溫度水平更高的溫度下，而所述第二過熱區域處于比所述第二目標溫度水平更低的溫度下。
  2. 如權利要求1所述的方法，其中借助于能够將所述第一過熱區域與所述樣品保持器熱接觸的第一旋轉臂來執行步驟(a)，以及/或者其中借助于將所述第二過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)。
  3. 如權利要求2所述的方法，其中所述第一過熱區域安裝在所述第一旋轉臂上，而其中所述第二過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：介于步驟(a)與步驟(b)之間，將所述樣品保持器與處于所述第一目標溫度水平下的第一目標熱區域熱接觸；以及/或者在步驟(b)之後，將所述樣品保持器與處于所述第二目標溫度水平下的第二目標熱區域熱接觸。
  5. 如權利要求1所述的方法，還包括：(c)介于步驟(a)與步驟(b)之間，將所述樣品保持器與處于所述第一目標溫度水平下的第一目標熱區域熱接觸；以及 (d)在步驟(b)之後，將所述樣品保持器與處于所述第二目標溫度水平下的第二目標熱區域熱接觸。
  6. 如權利要求1所述的方法，其中所述第一過熱區域處于約110℃至約140℃的溫度下。
  7. 如權利要求1所述的方法，其中所述第一過熱區域處于約130℃的溫度下。
  8. 如權利要求1所述的方法，其中所述第二過熱區域處于約0℃至約20℃的溫度下。
  9. 如權利要求1所述的方法，其中所述第二過熱區域處于約8℃的溫度下。
  10. 如權利要求1所述的方法，其中所述第一目標溫度水平為約92℃至約95℃。
  11. 如權利要求1所述的方法，其中所述第二目標溫度水平為約40℃至約70℃。
  12. 如權利要求1所述的方法，其中所述第二目標溫度水平為約55℃。
  13. 如權利要求5所述的方法，其中所述第一過熱區域為約110℃至140℃，所述第一目標溫度區域為約92℃至約95℃，所述第二目標溫度區域為約40℃至約70℃，以及所述第二過熱區域為約0℃至約20℃。
  14. 如權利要求5所述的方法，其中步驟(a)到步驟(d)的一個循環在少于或等于約2秒內完成。
  15. 如權利要求5所述的方法，其中步驟(a)到步驟(d)重複至少5次。
  16. 如權利要求1所述的方法，其中所述第一過熱區域和所述第二過熱區域由12伏電源供電。
  17. 如權利要求1所述的方法，其中在將所述樣品收集于所述樣品保 持器中之前，所述樣品保持器預載有擴增試劑。
  18. 一種使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平之間循環，所述方法包括：使所述樣品在約92℃至約95℃的第一目標溫度水平與約40℃至約70℃的第二目標溫度水平之間熱循環；其中完成所述熱循環的一個循環的時間少于或等于約5秒；幷且其中所述樣品具有至少約1微升的體積。
  19. 如權利要求18所述的方法，其中所述化學反應是核酸擴增反應。
  20. 如權利要求18所述的方法，其中所述化學反應是PCR反應。
  21. 如權利要求18所述的方法，其中所述第一目標溫度水平約為55℃。
  22. 如權利要求18所述的方法，其中所述時間少于或等于約2秒。
  23. 如權利要求18所述的方法，其中所述時間少于或等于約1秒。
  24. 如權利要求18所述的方法，其中所述時間少于或等于約0.5秒。
  25. 如權利要求18所述的方法，其中所述體積至少約為5微升。
  26. 如權利要求18所述的方法，其中所述體積至少約為10微升。
  27. 如權利要求18所述的方法，其中所述體積至少約為20微升。
  28. 如權利要求18所述的方法，其中所述體積至少約為50微升。
  29. 如權利要求18所述的方法，其中所述體積至少約為100微升。
  30. 如權利要求18所述的方法，其中所述體積至少約為150微升。
  31. 如權利要求18所述的方法，其中所述體積至少約為200微升。
  32. 一種用于使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平之間循環，所述設備包括：(a)第一過熱區域，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92℃至約95℃；(c)第二過熱區域，其在工作中時維持在約0℃至約20℃； (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，其被配置用于保持一個或多個樣品；以及(f)一個或多個臂，其被編程用于將所述樣品保持器與(a)到(d)的區域中的一個或多個按順序熱接觸。
  33. 如權利要求32所述的設備，其中所述一個或多個臂包括目標熱區域或過熱區域。
  34. 如權利要求32所述的設備，其中，(a)所述第一過熱區域安裝在能够將所述第一過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够將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)所述第二過熱區域安裝在能够將所述第二過熱區域與所述樣品保持器熱接觸的第三旋轉臂上，以及(d)所述第二目標熱區域安裝在能够將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。
  35. 如權利要求32所述的設備，其中所述第一過熱區域在工作中時維持在約130℃。
  36. 如權利要求32所述的設備，其中所述第一目標熱區域在工作中時維持在約95℃。
  37. 如權利要求32所述的設備，其中所述第二過熱區域在工作中時維持在約8℃。
  38. 如權利要求32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55℃。
  39. 如權利要求32所述的設備，還包括光學模塊，所述光學模塊包括光學檢測器。
  40. 如權利要求32所述的設備，其中所述第一過熱區域、所述第一 目標熱區域、所述第二過熱區域和所述第二目標熱區域由12伏電源供電。
  41. 一種用于使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平之間循環，所述設備包括：(a)第一過熱區域，其在工作中時維持在約110℃至約140℃；(b)第二過熱區域，其在工作中時維持在約0℃至約35℃；(c)樣品保持器，其被配置用于保持一個或多個樣品；以及(d)一個或多個擺臂，其被編程用于將所述樣品保持器與(a)和(b)的所述區域按順序熱接觸。
  42. 如權利要求41所述的設備，其中所述第一過熱區域在工作中時維持在約130℃。
  43. 如權利要求41所述的設備，其中所述第二過熱區域在工作中時維持在約8℃。
  44. 如權利要求41所述的設備，還包括光學模塊，所述光學模塊包括光學檢測器。
  45. 如權利要求41所述的設備，其中所述第一過熱區域和所述第二過熱區域由12伏電源供電。
  46. 如權利要求1所述的方法，其中借助于能够將所述樣品保持器與所述第一過熱區域熱接觸的擺臂來執行(a)的步驟，以及/或者其中借助于能够將所述樣品保持器與所述第二過熱區域熱接觸的所述擺臂來執行步驟(b)。
  47. 如權利要求46所述的方法，其中所述樣品保持器安裝在所述擺臂上。
  48. 如權利要求1所述的方法，還包括：介于步驟(a)與步驟(b)之間的步驟，在該步驟中，在使所述樣品保持器與所述第一過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平下；以及/或者在步驟(b)之後，將所述樣品保持器再次與所述第一過熱區域熱接觸幷且在使所述樣品保持器與所述第一過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平下。
  49. 如權利要求1所述的方法，還包括：(c)介于步驟(a)與步驟(b)之間，在將所述樣品保持器與所述第一過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平下；以及(d)在步驟(b)之後，將所述樣品保持器再次與所述第一過熱區域熱接觸幷且在使所述樣品保持器與所述第一過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平下。
  50. 如權利要求46-49中任一項所述的方法，其中所述第一過熱區域處于約110℃至約140℃的溫度下。
  51. 如權利要求46-49中任一項所述的方法，其中所述第一過熱區域處于約130℃的溫度下。
  52. 如權利要求46-49中任一項所述的方法，其中所述第二過熱區域處于約0℃至約20℃的溫度下。
  53. 如權利要求46-49中任一項所述的方法，其中所述第二過熱區域處于約8℃的溫度下。
  54. 如權利要求46-49中任一項所述的方法，其中所述第一目標溫度水平為約92℃至約95℃。
  55. 如權利要求46-49中任一項所述的方法，其中所述第二目標溫度水平為約40℃至約70℃。
  56. 如權利要求46-49中任一項所述的方法，其中所述第二目標溫度水平為約55℃。
  57. 如權利要求49所述的方法，其中所述第一過熱區域約為110℃至140℃，所述第一目標溫度水平為約92℃至約95℃，所述第二目標溫度水平為約40℃至約70℃，以及所述第二過熱區域為約0℃至約20℃。
  58. 如權利要求49所述的方法，其中步驟(a)到步驟(d)的一個循環在少于或等于約2秒內完成。
  59. 如權利要求49所述的方法，其中步驟(a)到步驟(d)重複至少5次。
  60. 一種用于使在從受試者獲得的生物樣品中存在的靶核酸擴增的系統，包括：(a)輸入模塊，其接收使所述生物樣品中的所述靶核酸擴增的用戶請求；(b)擴增模塊，其響應于所述用戶請求：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)引物組，其針對所述靶核酸；以及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擴增產物，每個系列包括在針對下列各項的一個或多個循環的至少兩個目標溫度水平之間循環：(a)將所述樣品保持器與第一過熱區域熱接觸以實現第一目標溫度水平；以及(b)將所述樣品保持器與第二過熱區域熱接觸以實現第二目標溫度水平；其中所述第一過熱區域處于比所述第一目標溫度水平更高的溫度下，而所述第二過熱區域處于比所述第二目標溫度水平更低的溫度下；以及(c)輸出模塊，其在工作中耦合至所述擴增模塊，其中所述輸 出模塊向接收者輸出關于所述靶核酸或所述擴增產物的信息。
  61. 一種用于使從受試者獲得的生物樣品中的靶核酸擴增的系統，包括：電子顯示器屏幕，其包括顯示圖形元素的用戶界面，所述圖形元素可由用戶訪問用以執行擴增方案，以使所述生物樣品中的所述靶核酸擴增；以及計算機處理器，其耦合至所述電子顯示器屏幕幷被編程用于在由所述用戶選擇所述圖形元素時執行所述擴增方案，該擴增方案包括：使包含于由樣品保持器保持的反應器皿中的、包括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，每個系列包括在針對下列各項的一個或多個循環的至少兩個目標溫度水平之間循環：(a)將所述樣品保持器與第一過熱區域熱接觸以實現第一目標溫度水平；以及(b)將所述樣品保持器與第二過熱區域熱接觸以實現第二目標溫度水平；其中所述第一過熱區域處于比所述第一目標溫度水平更高的溫度下，而所述第二過熱區域處于比所述第二目標溫度水平更低的溫度下。
  62. 如權利要求61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。
  63. 如權利要求61所述的系統，其中所述試劑包含(i)脫氧核糖核酸(DNA)聚合酶和可選的逆轉錄酶，以及(ii)引物組，其針對所述靶核酸。
  64. 如權利要求61所述的系統，其中所述用戶界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。
  65. 如權利要求64所述的系統，其中所述圖形元素中的每一個與疾病相關聯，幷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在所述受試者中的存在。
  66. 如權利要求65所述的系統，其中所述疾病與病毒相關聯。
  67. 如權利要求66所述的系統，其中所述病毒是RNA病毒。
  68. 如權利要求66所述的系統，其中所述病毒是DNA病毒。
  69. 如權利要求66所述的系統，其中所述病毒選自包含以下各項的組：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、單純疱疹病毒、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)以及盔甲RNA-丙型肝炎病毒(RNA-HCV)。
  70. 如權利要求65所述的系統，其中所述疾病與致病性的細菌或致病性的原生動物相關聯。
  71. 如權利要求70所述的系統，其中所述致病性的細菌是結核分枝杆菌。
  72. 如權利要求70所述的系統，其中所述致病性的原生動物是瘧原蟲。
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