带有可选择性的打开的试样端口的热循环装置的制作方法

专利名称：带有可选择性的打开的试样端口的热循环装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及热循环装置，具体来说，涉及用于核酸扩增的热循环。然而，应该认识 到本发明不局限于该特殊应用领域。
背景技术：
本说明书中所引用的任何现有的出版物(或从中得出的信息)或任何已知的素 材，不是也不应被看作对以下事实的承认或认可或就看作为该事实所提出建议的任何形 式现有的出版物(或从中得出的信息)或已知的素材会形成本说明书所涉及专业领域内 共有的普通知识的一部分。聚合酶链式反应(PCR)是一种包括多次循环的技术，该种技术导致在每次循环 完成时某些多(聚)核苷酸序列呈指数扩增。PCR技术是众所周知的技术，在许多书中都 有描述，包括以下著作，PCR :A Practical Approach (PCR 实用方法)，Μ· J. McPherson 等 人著，IRL 出版社(1991) ； PCR Protocols :A Guideto Methods and Applications (PCR 协议方法和应用入门)，Innis等人著，学术出版社(1990)；以及PCR Technology Principals and Applications forDNA Amplification (PCR 技术用于 DNA 扩增的原理 和应用)，H. A. Erlich著，Stockton出版社(1989)。PCR还在许多美国专利中有描述，包 括 US4, 683，195 ；4，683，202 ；4，800，159 ；4，965，188 ；4，889，818 ；5，075，216 ；5，079，352 ； 5，104，792 ；5，023，171 ；5, 091，310 ；以及 5，066，584。PCR技术通常包括使多(聚)核苷酸变性的步骤，其后的步骤是将至少一对引物寡 (聚)核苷酸退火为变性的多(聚)核苷酸，即，将该引物杂交为变性的多(聚)核苷酸模 板。在此退火步骤之后，带有聚合酶活性的生化酶催化合成新的包括引物寡(聚)核苷酸 的多(聚)核苷酸链，该生化酶使用原来变性的多(聚)核苷酸作为合成模板。该一系列 步骤(变性、引物退火以及引物延伸)构成了一个PCR循环。随着循环的重复进行，新合成的多(聚)核苷酸数量成指数增加，这是因为从前一 循环得到的新合成的多(聚)核苷酸可用作为以后循环中用于合成的模板。引物寡(聚) 核苷酸通常成对地选择，它们可退火为给定双链多(聚)核苷酸的相对的链，于是两个退火 部位之间区域被扩增。DNA的变性通常发生在约90至95°C，将引物退火为改性DNA通常在约40至60°C 时进行，用聚合酶来延伸退火后的引物的步骤通常在约70至75°C时进行。因此，在一个PCR 循环过程中，反应混合物的温度必须变化，且在多循环的PCR实验期间多次地改变。PCR技术具有广泛的生物应用，例如包括DNA序列分析、探针生产、克隆核酸序列、 定点诱变、探测基因突变、诊断病毒性感染、分子“指纹”以及监视生物流体和其它源头内微 组织的污染等。除PCR之外，还已经开发出其它体外扩增程序，包括如授予Landegren和Hood的 美国专利4，988，617所揭示的连接酶链式反应。更为一般地说，生物技术领域内公知的几 个重要方法，诸如核酸杂交和配序，都依赖于以控制方式改变含有试样分子的溶液的温度。
包括PCR在内的传统技术通常依赖于使用循环通过不同温度区域的个别的井或 管。例如，有文章描述了用于DNA扩增和配序反应的多个热“循环器”，其中，温度控制元件 或“块体”保持住反应混合物，且令块体的温度随时间变化。尽管用如此装置可同时地处理 相当大量的试样时(例如，通常使用96井板)，但如此装置存在有各种各样的缺点，其缺点 在于，这些装置在循环反应混合物时相当慢，温度控制不够理想，在原位探测反应混合物较 困难。还有，由于全部的块体是同时进行加热或冷却的，所以如此的块体只允许一“批”的 操作模式。此外，还可看到，如果只处理少量的试样，则由于操作块体相当麻烦，所以如此装 置的操作者通常宁可等待，直到有了足够数量的占据大多数可供试样位置的试样时才去操 作，这就是说，任何紧急的试样也必须等待。更有甚者，如果温度循环的程序已经开始，则在 热循环程序完成之前，任何尚有空缺的位置通常都不能被使用，因此，任何紧急试样必须再 次等待，直到该循环完成为止。为了尽力避免上述若干缺点，最近的技术进步已经看到了块体热循环器的发展， 其对不同的温度曲线提供同时的操作，例如，如US5，601，141和US6，558，947中所揭示的。 然而，这些热循环器仍有其固有的缺点。例如，它们相当昂贵和复杂，需要不断的惯常的维 护，温度控制不够理想，探测反应容器内发生的反应仍然较困难。因此，仍然需要有改进的用于PCR的热循环器，其提供反应混合物的精确温度控 制，使用起来不复杂，可对试样容器内发生的反应提供实时分析，且其可在批量的或连续的 模式中操作，由此，在循环期间可连续地添加和/或从热循环器中取出试样，不会在热力上 影响只接受了部分所需的热循环数量的试样。本发明寻求克服或改善上述结构的至少一个缺点，或对现有结构提供替代结构。

发明内容
根据第一方面，这里提供一种用于对多个试样进行热循环的装置，所述装置包括 容纳多个试样容器的腔室，所述腔室具有可选择性地打开的端口，其中，在热循环过程中， 一个或多个选定的试样容器可通过所述端口引入腔室或从腔室中取出。在一实施例中，引入或取出一个或多个选定的试样容器，对于多个试样容器的温 度或热均勻性影响最小。在一实施例中，端口的尺寸使得当端口处于打开位置时，腔室基本上不通向环境 大气。在一实施例中，处于打开位置的端口形成孔口，所述孔口比所述腔室的内表面面积相 对较小。在一实施例中，抓持装置用来引入或取出一个或多个选定的试样容器。在一实施 例中，所述端口处于打开位置，以在最短时间内允许抓持装置引入或取出一个或多个选定 的试样容器。抓持装置的尺寸和形状使得抓持装置与处于打开位置的端口所形成的孔口 保持紧配合的关系。此外，端口的外周缘可具有橡胶密封，而抓持装置的外直径尺寸使得当 抓持装置至少部分地插入端口中时可提供气密的密封。抓持装置可包括凸缘，所述凸缘构 造成在抓持装置至少部分地插入端口中时可密封抵靠端口。抓持装置的形状可大致呈圆柱 形，其中，端口具有圆形开口。在一实施例中，多个试样容器支承在容纳在所述腔室内的平台上。所述平台可以 是可转动地安装在所述腔室内的转盘。
在一实施例中，热循环构造成用于核酸扩增。在一实施例中，多个试样容器构造成相当迅速地达到热平衡，并允许探测反应混 合物。多个试样容器可由玻璃或塑性材料或它们的组合物形成。在一实施例中，试样容器是管子。
在一实施例中，多个连接的试样容器可同时引入到腔室或从腔室中取出。多个连 接的试样容器可实体地连接，例如，形成夹子的部分。夹子可包括任何数量的个别试样容器，例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个试样容器。在一实施例中，所述装置包括提升装置，用来至少部分地提升选定的容器，从而能 使抓持装置抓住所选定的容器。根据第二方面，这里提供一种用来将一个或多个选定的试样容器引入装置的腔室 或从装置的腔室中取出一个或多个选定的试样容器的方法，在装置中，多个试样容器大致 均勻地进行热循环，所述腔室具有可选择性地打开的端口，所述方法包括如下步骤可供选择地暂时停止热循环，并保持温度；打开可选择性地打开的端口 ；通过所述打开的端口，将选定的试样容器引入腔室内或从腔室中取出；关闭所述端口 ；以及如果热循环暂时停止，则继续所述热循环。引入或取出选定的试样容器基本上不影响经受热循环的多个试样容器的温度或 热均勻性。根据第三方面，这里提供一种用于对装置内的多个试样执行热循环的方法，所述 装置具有容纳多个试样容器的腔室，所述腔室具有可选择性地打开的端口，所述方法包括 如下步骤在热循环过程中，通过所述端口将一个或多个选定的试样容器引入腔室或从腔 室中取出。在一实施例中，采用根据第一方面的装置来实施所述方法。根据第四方面，这里提供一种用于对多个试样容器执行顺序热循环的方法，所述 方法包括如下步骤将多个试样容器引入装置内，所述装置具有容纳多个试样容器的腔室，所述腔室 具有可选择性地打开的端口；启动热循环过程；以及在热循环过程中，通过所述端口将一个或多个选定的试样容器弓I入腔室或从腔室 中取出。根据第五方面，这里提供一种用于对多个试样执行热循环的方法，所述试样在具 有可选择性地打开的端口的腔室内基本上均勻地进行热循环，所述方法包括如下步骤打开可选择性地打开的端口 ；以及在热循环过程中，将一个或多个试样容器引入腔室或从腔室中取出，以使对所述 腔室的温度或热均勻性的影响最小。根据第六方面，这里提供用于对多个试样执行热循环的方法，所述试样在具有可 选择性地打开的端口的腔室内基本上均勻地进行热循环，所述方法包括如下步骤可供选择地暂时停止所述热循环并保持所述腔室的温度；
打开可选择性地打开的端口 ；通过所述打开的端口将一个或多个选定的试样容器引入腔室或从腔室中取出；关闭所述端口 ；以及如果热循环暂时停止，则继续所述热循环，其中，将一个或多个试样容器引入腔室 或从腔室中取出的过程对所述多个试样的温度或热均勻性的影响最小。这里还揭示的是将试样容器引入多个试样容器内或从中取出的装置，所述试样容 器基本上均勻地进行热循环，所述装置包括容纳所述多个试样容器的腔室，所述腔室具有 可选择性地打开的端口，以便允许抓持装置引入或取出所述试样容器，并且在热循环过程 中基本上不影响所述多个试样容器的温度和热均勻性。这里还揭示的是将试样容器引入多个试样容器内或从中取出的方法，所述试样容 器在具有可选择性地打开的端口的腔室内基本上均勻地进行热循环，所述方法包括如下步 骤打开可选择性地打开的端口 ；在热循环过程中，将试样容器引入所述多个试样容器或 从中取出，基本上不影响所述多个试样容器的温度或热均勻性。所述试样容器可使用抓持 装置引入或取出。一般地，所述可选择性地打开的端口在所述试样容器引入腔室或从中取 出之后进行关闭。根据诸方面和这里所述实施例，应该认识到，为了使试样容器引入腔室或从中取 出的过程对可能仅部分地接受了它们所需要的热循环次数的任何预先存在的试样容器的 影响减到最小，所述可选择性地打开的端口的尺寸应做到这样当端口处于其打开位置时， 所述腔室基本上不通向周围的大气。换句话说，与容纳经受热循环的所述多个试样容器的 所述腔室的内表面面积相比，处于打开位置的所述端口的形成的孔口相对较小。因此，因打 开所述端口引起的任何从腔室损失的对流体的加热或冷却都很小或可忽略，使得对任何预 先存在的试样容器的影响减到最小。一般地，提供热循环的加热和冷却装置具有足够的容 量，使得它们可容纳通过打开的端口从腔室损失的任何流体，这样，腔室内温度保持在理想 或预定的水平上，更为重要的是，任何存在试样的温度基本上不受影响。一般地，加热/冷 却流体是空气，但也可以是行内众所周知的其它流体。此外，根据一个实施例，可选择性地 打开的端口适于在打开位置，以使抓持装置将试样容器引入腔室或从中取出所需要的时间 为最少。在一实施例中，抓持装置的尺寸和形状做成与处于打开位置的端口所形成的孔口 保持紧配合的关系，使得入侵到腔室内/从腔室逸出的空气为最少。在另一实施例中，橡胶 密封件可设置在所述端口周缘的周围，抓持装置外直径的尺寸可做成提供气密的密封。在 还有另一实施例中，还可在抓持装置上设置凸缘，以便提供与端口的密封。此外，抓持装置 形状可以基本上是圆柱形，而端口形状是圆形。然而，技术人员将会认识到，其它的形状和 结构也是可能的，不会脱离本发明的精神和范围。根据其它实施例，多个试样容器可支承在容纳在腔室内的平台上，腔室适于被加 热或冷却以便提供热循环，例如，进行核酸扩增(例如，PCR)。在一特殊实施例中，所述平台 是可旋转地安装在腔室内的转盘，平台适于在狭槽或孔内接纳试样容器。腔室通常包括用 来驱动所述转盘的驱动装置，由此，在循环过程中，对试样容器施加离心力，以使反应混合 物保持在试样容器的底部。根据本发明使用的热循环器实例包括由考贝特生命科学控股有 限公司(CorbettLife Sciences Pty Limited) (www. corbettlifescience. com)制造禾口销售的Rotor-Gene 系列的热循环器。其它类似的装置揭示在W092/20778和W098/49340中。 然而，应该认识到，其它市售的热循环器可按这里所述进行修改。显然，Rotor-Gene 系列 的热循环器是特别地适用，因为它们提供同样的容器-对-容器的条件，对经受热循环的试 样有极好的热控制，以及对反应混合物进行实时分析。这些成果的取得部分地是由于使用 了转子、加热和冷却系统的设计，以及用来提供对PCR反应进行实时分析的有关光学仪器。 试样实施旋转的事实确保了试样以同样的速率进行加热和冷却。因此，当达到设定点时，不 需要平衡时间。
对于根据本发明的使用，为了相当迅速地达到热平衡，试样容器通常适于探测反 应混合物，并可用玻璃或塑性材料形成。例如，试样容器可以是Eppendorf管。任何反应混 合物可被包括在试样容器内，然而，在这里所构想的实例中，反应混合物用于核酸扩增，并 相应地构造热循环器，即，热循环程序是特别地适于如上所讨论的核酸扩增。在一实施例中，在相对于试样容器的大致轴向运动中，抓持装置将试样容器引入 到转盘上的坐位/支承内或从中取出。然而，应该认识到，抓持装置可将试样容器夹持到转 子的侧边内或从其中夹出来，或试样容器可引入到转子下方或从下方取出。然而，实际的引 入或取出模式并不如在热循环过程中能够引入或取出试样容器而不热干扰任何预先存在 的试样那样重要。技术人员将会认识到这里所述的诸方面和实施例，除了能够以批量处理模式热循 环试样之外，还能够进行“连续”的操作模式，由此，新的试样可添加到正在半途中通过接受 预定数量热循环的一组试样内。该连续模式意味着，操作者现在无需等待该批试样完成，因 为以对应于它们引入到腔室内的时间的规则间隔，可从腔室中取出完成的试样(即，已经 达到要求的热循环次数的试样)，由此，允许其余试样继续循环，同时腾出位置用来引入新 的试样。此外，热循环可仅以少量试样开始，留有灵活性以便能在以后阶段中引入添加的试 样。例如，这里所述的诸方面和实施例能在紧急基础上分析试样，例如在医学诊断领域内可 能需要这样做，而无需等待现有的热循环批次完成，或要全部装置变得可供使用。技术人员将会认识到，当操作离心型装置时，需要考虑到试样平衡的问题。例如， 在高速旋转装置的情形中，通常通过包含直径向相对的具有相同重量的试样容器就可适应 该问题。然而，在PCR情形中，由于材料量通常非常少，所以，一般地本身不存在平衡问题。 此外，在相当慢的旋转中，诸如400至IOOOrpm的转动，平衡就不成问题。对于高速转动的装 置，或当使用大的试样量时，通过确保直径向相对的平衡物随同选定的试样容器一起引入/ 移去，或通过确保试样成直径向相对的对子进行添加或移去，由此，装置的构造可考虑到如 此的平衡问题。技术人员还将认识到，在连续操作模式过程中，在转子型的装置和PCR型反应的 情形中，转子在热循环的退火阶段期间(即，温度在40至60°C)通常暂时地停止转动，可 供选择地可暂时保持温度为不变，以允许引入/取出选定的试样容器。然后，转子可通过计 算机控制被变位到按计划要被取出的试样容器位置，或变位到可引入新的试样容器的出空 的位置。技术人员将会认识到，试样不仅可在PCR型热循环的退火阶段时引入或取出，而且 可在具有类似效果的变性或延伸阶段(即，分别为90至95°C或70至75 °C )时引入或取 出。然而，为了确保每个试样接受相同的热循环历程，通常试样容器在热循环程序中的同一 点引入所述腔室或从中取出，由此，对于根据这里所述诸方面和实施例所修改的热循环器来说，允许是连续工作的循环。然后，可打开可选择性地打开的端口以接近试样容器，且在 一个或多个试样(已经有了要求的热循环次数)被取出和/或一个或多个新试样被引入之 后，关闭所述端口，转子再次以预定速度旋转。如果热循环程序被暂时停止以允许引入/取 出试样容器，则此时可允许继续循环。显然，在试样容器被引入和/或取出之前、之中和之 后，也可连续地分析发生在试样容器内的反应。本文中还描述了一种将一个或多个选定试样容器引入腔室内或从腔室中取出一 个或多个选定试样容器的方法，其中，多个试样容器支承在转盘上，并在腔室内基本上均勻 地进行热循环，所述腔室具有可选择性地打开的端口和在腔室内转动的转盘，所述方法包 括如下步骤可供选择地暂时停止所述热循环并保持温度；停止所述转盘的转动，并变位至需要取出的试样容器，或变位至转盘上出空的位置以便接纳试样容器；打开所述可选择性地打开的端口 ；通过所述打开的端口，引入或取出一个或多个选定的试样容器；关闭所述端口 ；继续所述转盘的转动；以及如果热循环暂时停止，则继续所述热循环。可引入或取出所述选定的试样容器，基本上不影响多个试样容器的温度或热均勻 性。根据这里所述的诸方面和实施例，计算机控制的机械臂在其末端具有所述的抓持 装置，该机械臂可用来自动地将试样容器引入腔室内或从其中取出。例如，试样容器可组装 在架子上，操作者可编程软件，以操作热循环器和机械臂而以预定的顺序从架子上获得试 样容器，可供选择地，可在如上所述的热循环过程中将它们引入腔室内。然后，一旦达到预 定的循环次数，则可继续操作该软件来计数试样容器经受热循环次数和自动地取出容器， 并替换架子上的容器，可供选择地从架子上将新试样容器引入到刚出空的转盘位置内。应 该认识到，如果提供的试样不足以填满转子上可供的位置，则热循环器可继续热循环过程， 直到试样接受到要求的循环次数为止，然后自动地取出试样。此外，还应该认识到，如果转 子已装满，则新试样可排队，并在可提供位置时，引入到腔室内。还应该认识到，在试样紧急 需要分析的情形中，一旦腔室中提供出位置，就将试样引入腔室内。应该认识到，本文中所述的装置可提供批量操作模式或连续操作模式。在批量模 式中，腔室中所有位置都可进行加载，循环例如40次，同时获得发生在试样容器内的反应 数据。然后，可取出所有容器并引入新一批试样容器。或者，可实施如上所述的连续模式。还如本文中所述，可提供提升装置，用来至少部分地从腔室内的支承处提升起试 样容器，以帮助抓持装置抓住试样容器。在此实例中，致动器可设置在转子下方并与可选择 性地打开的端口对齐。在PCR反应的情形中，试样可加载到试样容器内，并利用油覆盖层，通过将容器暴 露在单独的95°C的加热块前加热到95°C持续预定时间，以在将试样容器引入到热循环器 腔室内之前使试样变性。在使用转子型的热循环器的情形中，在一实施例中，在初始变性步 骤完成时，控制热循环器的软件就自动地减慢转子转速，并变位至其在转子中下一可供位置，允许引入变性的试样。显然地，此阶段中，还可取出任何完成的试样。然后，在热曲线上 的同样点上引入其后的试样，这样，每个试样接受到相同的热处理。应该认识到，任何上述形式、实例、方面和实施例都可个别地或组合地实施。


现将参照附图借助于实例来描述本文所述的装置和方法的实施例，附图中图1是根据本发明腔室的俯视图，示出处于关闭位置的一个有选择地操作的端 Π ；图2是类似于图1的视图，示出处于打开位置的端口 ；图3是类似于图1的视图，示出为简明起见而移去的腔室的顶盖；该端口显示为处于其打开位置，而腔室冷却端口处于其关闭位置；图4是类似于图1的视图，示出处于关闭位置的端口和处于其打开位置的腔室冷 却端口 ；图5是根据本发明装置的局部剖切的前视立体图，示出将试样容器引入到旋转器 内的抓持装置；图6是类似于图5的视图，示出旋转器内的试样容器，其处于经过多个热循环之后 的加载/卸载位置；图7是类似于图6的视图，示出移入到腔室内以提取出试样容器的抓持装置；图8是类似于图7的视图，示出提升装置，该装置从下面推动试样容器，使试样容 器从旋转器足够地伸出，这样，抓持装置可抓持试样容器并从腔室中提取出来；图9是类似于图8的视图，示出完全从腔室中提取出的试样容器；图10是类似于图4视图的立体图；图11是根据本发明装置的局部剖切的侧视图，示出用于冷却腔室之用的空气冷 却器(鼓风机)；图12是执行热循环的示例方法的流程图；以及图13是执行热循环的示例方法的另一流程图。
具体实施例方式现将参照附图，其中，相同的附图标记表示相同的零件。首先参照图1，图中示出用于对多个试样进行热循环的装置11。在此特殊实例中，装置11包括腔室1，其用来容纳多个试样容器(它们将在下文中 进一步作描述)并具有顶盖5。腔室1具有可选择性地打开的端口 2，在热循环期间，那里， 一个或多个选定的试样容器可通过该端口 2引入到腔室1内或从中取出。应该认识到，在一个特殊实例中，在热循环过程中引入或取出一个或多个选定的 试样容器，对于多个试样容器的温度或热均勻性影响极小。此外，端口 2可做成一定的尺 寸，使得其处于打开位置时腔室1基本上不通向环境大气。现参照图1至11，提供一个容纳多个试样容器(未示出)的腔室1。腔室1包括 可选择性地打开的端口 2，以允许抓持装置3将呈管形的试样容器4引入腔室内或从中取 出，在该特殊实例中，试样容器4可以是Eppendorf管或诸如此类的管子，而基本上不影响经受热循环的多个试样容器的温度或热均勻性和/或将该影响减至最小。可选择性地打开的端口 2通常可做成这样的尺寸，使得其处于打开位置时(如图 2所示)，腔室1基本上不通向环境大气。因此，因打开端口 2造成任何从腔室1中损失的 加热或冷却空气很少或可略去不计，于是对预先存在的试样容器(如果有的话)影响极小。 此外，可选择性地打开的端口 2适于处于使抓持装置3将试样容器4引入腔室内或从中取 出所需时间为最少的打开位置。
图3是腔室1的平面图，其中，腔室1的顶盖5为了简明起见已经移去。端口 2显 示为处于其打开位置，腔室1的冷却端口 6处于其关闭位置。图4是类似于图3的视图，但 示出端口 2处于其关闭的位置，而腔室1的冷却端口 6处于其打开位置。抓持装置3的尺寸和形状通常做成与处于打开位置的端口 2所形成的孔口保持紧 配合的关系，使得入侵到腔室内/从腔室逸出的空气为最少，如图8清楚地所示。如图6至 9清楚地所示，抓持装置3以相对于试样容器4的大致轴向移动来引入或取出试样容器4。 因此，抓持装置3可配合到诸如管子之类的试样容器的边缘。此外，抓持装置的尺寸和形状做成与处于打开位置的端口所形成的孔口保持紧配 合的关系。根据一个特殊实例，端口 2的外周缘具有橡胶密封，而抓持装置3的外直径尺寸 做成当抓持装置3至少部分地插入其中时可提供气密的密封。 抓持装置3还可包括凸缘，在一个特殊实例中，该凸缘构造成在抓持装置3至少部 分地插入其中时可密封抵靠端口 2，但凸缘不一定必须提供密封，而可仅与端口 2配合。此 夕卜，抓持装置3的形状可大致呈圆柱形，其中，端口 2具有圆形开口，以允许抓持装置3的插 入和取出。显然地，应该认识到，为引入或取出试样容器，可采用许多其它形式的抓持装置 等。这包括但不局限于，真空的或磁性的装置，它们利用不同的力来曳拉和/或推压试样容 器进入腔室内。能够在腔室1内经受均勻热循环的任何试样容器可固定在孔7内，该孔设置在转 动地安装在腔室1内的转盘8的周缘处。在腔室包括转盘的情形中，该腔室还包括用来驱 动转盘8的驱动装置9，由此，在循环过程中对试样容器施加离心力，以将反应混合物保持 在试样容器4的底部。现参照图5至9，图5显示本文所述装置的部分剖切的前视立体图，示出将试样容 器4引入转盘8内的抓持装置3。图6是类似于图5的视图，但显示转盘8内的试样容器 4，其处于经过多个热循环之后并准备取出的卸载位置。图7是类似于图6的视图，但示出 通过打开的端口 2移入到腔室1内以提取出试样容器4的抓持装置3。图8是类似于图7 的视图，但示出呈“推力销”形式的提升装置10，该装置从下面推动试样容器4，使试样容器 4从转盘8中伸出，这样，抓持装置3可抓持试样容器4并将其从腔室1中提取出来，如图9 中清楚地所示。在一个实例中，将PCR试样加载到试样容器4内，用油层覆盖并在加热板上加热到 95°C持续2分钟，以激活生化酶并使试样变性。然后转盘从旋转中暂时停下来，而腔室处于 40至60°C的温度下。可选择性地打开的端口然后被打开，以便进入到转盘8，通过抓持装置 3将试样容器4引入到转盘8。取出抓持装置3，关闭端口 2，转盘8再次以预定速度旋转。 发生在试样容器4内的反应也可连续地被分析。在引入试样容器4之时，可取出已经有了必要热循环次数的任何存在的试样容器。应该认识到，上述装置可用来执行热循环的过程/方法。热循环的示例过程显示在图12中。在该特殊实例中，如图12所示，在步骤20处，尽管有多个试样在经受热循环， 但可将选定的试样容器引入到该装置内或从中取出(步骤22)。根据另一实例，热循环的方法可包括以下步骤在多个试样容器内启动热循环，打 开可选择性地打开的端口 2，以及在热循环过程中将试样容器4引入腔室内或从中取出试 样容器4，而基本上不影响多个试样容器的温度或热均勻性。参照还有另一实例，热循环的方法还可包括以下步骤在多个试样容器内启动热 循环，可供选择地暂时停止热循环并保持温度，打开可选择性地打开的端口 2，以及通过打 开的端口 2引入或取出试样容器4。然后，关闭端口 2，热循环继续(如果暂时停止的话)， 其中，引入或取出试样容器4基本上不影响多个试样容器的温度或热均勻性。还有，热循环的方法可包括以下步骤在多个试样容器内启动热循环，可供选择地 暂时停止热循环并保持温度，停止转盘8的转动，以及变位至需要被取出的试样容器，或变 位至转盘8上可用来接纳试样容器4的空位置。然后，打开可选择性地打开的端口 2，并通 过打开的端口引入或取出试样容器4，然后，关闭端口。然后继续转动转盘8，如果热循环已 暂时停止的话，继续热循环，其中，引入或取出试样容器4基本上不影响多个试样容器的温 度或热均勻性。该特殊实例的流程图显示在图13中。根据另一实例，提供装置内的热循环方法，其中，该装置可包括多个支承在转盘上 的试样容器，试样容器在具有可选择性地打开的端口的腔室内基本上均勻地进行热循环， 其中，转盘在腔室内转动。该方法可包括以下步骤可供选择地暂时停止热循环并保持温 度，停止转盘的转动，以及变位至需要被取出的试样容器，或变位至转盘上可用来接纳试样 容器的空位置；打开可选择性地打开的端口 ；通过打开的端口引入或取出一个或多个选定 的试样容器；关闭端口 ；继续转动转盘；如果热循环暂时停止的话，继续该热循环，其中，弓丨 入或取出试样容器基本上不影响多个试样容器的温度或热均勻性和/或将该影响减到最 小。参照另一实例，提供一个在装置内执行热循环的方法，其中，该装置包括多个支承 在转盘上的试样容器，试样容器在具有可选择性地打开的端口的腔室内基本上均勻地进行 热循环，转盘在腔室内转动。该方法可包括以下步骤可供选择地暂时停止热循环并保持温 度，停止转盘的转动，以及变位至需要被取出的试样容器，或变位至转盘上可用来接纳试样 容器的空位置；打开可选择性地打开的端口 ；通过打开的端口引入或取出试样容器；关闭 端口 ；继续转动转盘；如果热循环暂时停止的话，继续该热循环，其中，引入或取出试样容 器基本上不影响多个试样容器的温度或热均勻性和/或将该影响减到最小。应该认识到，本文所述方法可包括预热处理装在试样容器内的试样的预先步骤。 此外，试样可在90°C下加热处理2分钟，该试样也可包括油层覆盖来减少蒸发。应该认识到，在腔室处于热循环反应的任何要求的阶段中，试样容器都可被引入 或取出。例如，在腔室处于约40至60°C之间的温度时，试样容器可被引入或取出。热循环 的次数可依据案例的不同加以确定，但举例来说，可以在约20和50次之间。还应该认识到， 发生在试样容器内的反应可在热循环过程中连续地分析，且如此的分析不因为使用本文所 述装置和方法而受到危害。此外，参照附图，还应该认识到，在试样容器用任何合适的装置从腔室中取出过程中，试样容器可至少部分地被升高。如本文中所使用的，术语“试样容器”意指适于包含、盛装单一试样的任何形式的容器。例如，如上所述，试样容器通常是管子等，诸如Eppendorf管。试样容器可由任何合 适材料组成，例如，玻璃和/或塑料。对于热循环应用来说，管子通常能适合于在容器内达 到有效的热传递，并具有光学上足以能实时地分析试样的清晰度。正如本技术领域内的技 术人员所认识到的，试样容器可以具有任何合适的尺寸。通常地，腔室的打开端口构造成与抓持装置合作以便将管子加载到腔室内和从中取出，并可适于具有类似于试样容器最大直径的尺寸。多个试样容器可同时引入腔室或从中取出。如此的试样容器可用任何合适的装置 实体地进行连接。例如，多个试样容器可形成夹子的部分。连接起来的多个试样容器可包 括诸如2、3、4、5、6、8或10个那样的任何数量的个别的试样容器。此外，如本文中所描述的，根据一实例，可选择性地打开的端口的尺寸应做到使对 腔室内多个试样容器的温度或热均勻性的影响减到最小。端口的示例尺寸可以包括20至 30mm的开口。此外，根据还有另一实例，应该认识到，插入/取出选定的试样容器所化时间 可在一秒至一分钟之间。还有，应该认识到，上述用于热循环的方法和装置可用于批量的或顺序的操作模 式。尽管本发明已经参照具体实例进行了描述，但本技术领域内的技术人员将会认识 至IJ，本发明还可以许多其它形式实施。尤其是，各种所述实例中的任何一个实例的特征可以 任何其它所述实例的任何组合来予以提供。除操作实例之外，或另有所指，本文中所用的所有表达成分数量或反应条件的数 值应被理解为在所有情况下可加以修改，如术语“约”所表示的那样。诸实例并不意图限制 本发明的范围。本文中所使用的冠词“一”和“一个”是指一个或一个以上(即，至少一个)的该 冠词的语法主语。举例来说，“一元件”意指一个元件或一个以上的元件。
权利要求
一种用于对多个试样进行热循环的装置，所述装置包括容纳多个试样容器的腔室，所述腔室具有可选择性地打开的端口，其中，在热循环过程中，一个或多个选定的试样容器可通过所述端口引入所述腔室或从所述腔室中取出。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在热循环过程中，所述引入或取出一个或多 个选定的试样容器，对于多个试样容器的温度或热均勻性影响最小。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述端口的尺寸使得当所述端口处于 打开位置时，所述腔室基本上不通向环境大气。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，处于所述打开位置的所述端口形成孔口，所 述孔口比所述腔室的内表面面积相对较小。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的装置，其特征在于，抓持装置用来引入或取出所 述一个或多个选定的试样容器。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述端口处于打开位置，以在最短时间内允 许所述抓持装置引入或取出所述一个或多个选定的试样容器。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述抓持装置的尺寸和形状使得所述 抓持装置与处于所述打开位置的所述端口所形成的孔口保持紧配合的关系。
8.如权利要求5至7中任何一项所述的装置，其特征在于，所述端口的外周缘具有橡胶 密封，而所述抓持装置的外直径尺寸使得当所述抓持装置至少部分地插入所述端口中时提 供气密的密封。
9.如权利要求5至8中任何一项所述的装置，其特征在于，所述抓持装置包括凸缘，所 述凸缘构造成在所述抓持装置至少部分地插入所述端口中时密封抵靠所述端口。
10.如权利要求5至9中任何一项所述的装置，其特征在于，所述抓持装置的形状大致 呈圆柱形，所述端口具有圆形开口。
11.如权利要求1至10中任何一项所述的装置，其特征在于，所述多个试样容器支承在 容纳在所述腔室内的平台上。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述平台是可转动地安装在所述腔室内 的转盘。
13.如权利要求1至12中任何一项所述的装置，其特征在于，所述热循环构造成用于核 酸扩增。
14.如权利要求1至13中任何一项所述的装置，其特征在于，所述多个试样容器构造成 相当迅速地达到热平衡，并允许探测反应混合物。
15.如权利要求1至14中任何一项所述的装置，其特征在于，所述多个试样容器由玻璃 或塑性材料或它们的组合物形成。
16.如权利要求1至15中任何一项所述的装置，其特征在于，多个连接的试样容器可同 时引入所述腔室或从所述腔室中取出。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述多个连接的试样容器形成夹子的部分。
18.如权利要求16或17所述的装置，其特征在于，所述多个连接的试样容器包括五个 个别的试样容器。
19.如权利要求1至18中任何一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括提升装置，用来至少部分地提升所述选定的容器，从而能使抓持装置抓住所述选定的容器。
20.如权利要求1至19中任何一项所述的装置，其特征在于，所述试样容器是管子。
21.一种用来将一个或多个选定的试样容器引入装置的腔室或从装置的腔室中取出一 个或多个选定的试样容器的方法，在所述装置中，多个试样容器大致均勻地进行热循环，所 述腔室具有可选择性地打开的端口，所述方法包括如下步骤a)可供选择地暂时停止所述热循环，并保持温度；b)打开所述可选择性地打开的端口；c)通过所述打开的端口，将所述选定的试样容器引入所述腔室或从所述腔室中取出；d)关闭所述端口；以及e)如果所述热循环暂时停止，则继续所述热循环。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，引入或取出所述选定的试样容器，基本上 不影响经受热循环的多个试样容器的温度或热均勻性。
23.一种用于对装置内的多个试样执行热循环的方法，所述装置具有容纳多个试样容 器的腔室，所述腔室具有可选择性地打开的端口，所述方法包括如下步骤在热循环过程 中，通过所述端口将一个或多个选定的试样容器引入所述腔室或从所述腔室中取出。
24.如权利要求21至23中任何一项所述的方法，其特征在于，用如权利要求1至20中 任何一项或组合的多项所述的装置来实施所述方法。
25.一种用于对多个试样容器执行顺序热循环的方法，所述方法包括如下步骤a)将多个试样容器引入装置内，所述装置具有容纳所述多个试样容器的腔室，所述腔 室具有可选择性地打开的端口；b)启动热循环过程；以及c)在热循环过程中，通过所述端口将一个或多个选定的试样容器引入所述腔室或从所 述腔室中取出。
26.一种用于对多个试样执行热循环的方法，所述试样在具有可选择性地打开的端口 的腔室内基本上均勻地进行热循环，所述方法包括如下步骤a)打开所述可选择性地打开的端口；以及b)在热循环过程中，将一个或多个试样容器引入所述腔室或从所述腔室中取出，以使 对所述腔室的温度或热均勻性的影响最小。
27.一种用于对多个试样执行热循环的方法，所述试样在具有可选择性地打开的端口 的腔室内基本上均勻地进行热循环，所述方法包括如下步骤c)可供选择地暂时停止所述热循环并保持所述腔室的温度；d)打开所述可选择性地打开的端口；e)通过所述打开的端口，将一个或多个试样容器引入所述腔室或从所述腔室中取出；f)关闭所述端口；以及g)如果所述热循环暂时停止，则继续所述热循环，其中，将所述一个或多个试样容器引 入所述腔室或从所述腔室中取出，对所述多个试样的温度或热均勻性影响最小。
全文摘要
一种对多个试样进行热循环的装置，该装置包括容纳多个试样容器(4)的腔室(1)和可选择性地打开的端口(2)。在热循环过程中，试样容器可使用抓持装置(3)被引入或取出。
文档编号C12M1/26GK101801514SQ200880105201
公开日2010年8月11日 申请日期2008年8月28日 优先权日2007年8月28日
发明者J·M·库洛贝特 申请人:考贝特研究控股公司