混合设备和方法
【专利说明】混合设备和方法
[0001]优先权要求
[0002]本申请要求享有2012年12月19日提交的共同未决的美国临时专利申请序号61/739,611的优先权，其全部内容在此被引入本文作为参考。
[0003]发明背景
[0004]通常期望化学反应或生化反应中的反应剂尽可能均质以实现有效和可预期的反应。在聚合酶链式反应(“PCR”)情况下，溶液中的反应剂、酶、引物、探针、目标模板等需要尽可能均质，从而实现目标反应的扩增效率的优化。
[0005]很多反应还需要反应孔中贯穿溶液温度均匀，以实现有效反应。PCR还需要在变性、退火和反转录时温度均匀，以发生目标DNA区段的有效扩增。
[0006]在PCR扩增的情况下并且在反应开始前混合反应剂溶液，通常满足在开放反应孔系统中的均质性要求。这种混合通常在将反应剂加入开放的反应孔时进行。
[0007]附图简述
[0008]本发明的其他特征和优势将通过下文详述结合附图而显而易见，下文详述和附图共同通过实例来示例本发明的特征:
[0009]图1是能够用于根据本发明实施方式的混合设备的磁响应混合珠(mixing bead)的第一实施方式的剖视图；
[0010]图2是能够用于根据本发明实施方式的混合设备的磁响应混合珠的第二实施方式的剖视图；
[0011]图3a-3d是显示根据本发明实施方式的包含磁响应混合珠的封闭的反应孔的侧视图；不同水平的溶液和反应剂显示在不同的图中；
[0012]图4a_4b是显示磁体相对于反应孔的不同位置和相应磁场可如何影响混合珠位置的透视部分示意图；
[0013]图5a_5b是显示多个磁体相对于反应孔的定位和其可如何引起混合珠在反应孔内以增加的速度运动的透视部分示意图；
[0014]图6a_6b是显示用于引起混合珠在反应孔内运动的电磁体的透视部分示意图；
[0015]图7a_7b是显示多个电磁体相对于反应孔定位以引起混合珠在反应孔内以增加的速度运动的透视部分示意图；
[0016]图8a_8c是显示机械移位的电磁体的透视部分示意图，该电磁体被配置以根据本发明一方面，利用磁体和磁动力移动电磁体并且从而改变反应孔内磁场，来移动珠；
[0017]图9a_9b是显示机械移位的电磁体的透视部分示意图，该电磁体被配置以根据本发明一方面，利用通过电磁线圈的电流的方向切换器移位电磁体并且从而改变反应孔内磁场，来移动珠；
[0018]图1Oa是显示机械移位的磁体的顶视图，该磁体被布置在旋转轴上，该旋转轴被配置以使磁体围绕反应孔旋转并且从而改变反应孔内磁场；
[0019]图1Ob-1Oc是图1Oa所示系统的顶视图；
[0020]图11是显示图8a_8c的电磁体配置联合光学头(optics head)使用时的应用的侧面部分示意图；
[0021]图12是显示图1Oa-1Oc的旋转轴配置联合光学头使用时的应用的侧面部分示意图；
[0022]图13a_13c是显示可选的旋转轴配置的侧面部分示意图，该旋转轴配置在本发明再一实施方式中使磁体及其相应的磁场旋入和旋出反应孔的范围；
[0023]图14a_14b是显示旋转轴配置的使用的侧面部分示意图，该旋转轴配置使磁体及其相应的磁场在反应孔上方和下方旋入和旋出反应孔的范围；和
[0024]图15显示在加热式PCR应用中实现均质溶液和反应剂的方法的实施流程图。
[0025]本文现将参考示例的示例性实施方式，并且利用具体语言来描述该示例性实施方式。然而要理解，并不意图由此限制本发明的范围。
[0026]发明概述
[0027]已知开发可操作的、具有封闭的筒形反应孔一一可使反应孔中的均质混合物在加热过程中保持在目标温度一一的混合设备是非常有利的。
[0028]本发明提供多种振荡具有封闭筒形反应孔的PCR反应器内的磁场的方法，该封闭筒形反应孔能够快速移位孔内的磁响应珠，进而可混合内含物和保持均匀的稠度和温度。
[0029]示例实施方式详述
[0030]定义
[0031]如本文所用，单数形式“一个”和“所述”可包括复数指代，除非上下文另外明确指示。因此，例如，“一个加热单元”的指代可包括一个或多个这样的单元。
[0032]如本文所用，术语“基本上”指代全部或近乎全部范围或程度的作用、特性、性质、状态、结构、项目或结果。作为任意实例，被“基本上”封闭的物体是被完全封闭或被近乎完全封闭的物体。距离绝对完全程度的确切容许偏差度在一些情况下可取决于具体环境。然而，总而言之，全部的接近度将导致获得与绝对全部和完全全部相同的总体结果。“基本上”的应用在以消极含义使用时同等适用，意指完全或近乎完全不具有作用、特性、性质、状态、结构、项目或结果。作为另一任意实例，“基本上”不含一种成分或元素的组合物实际上仍可包含该项目，只要测量不到其所导致的效果。
[0033]如本文所用，术语“约”用于通过提供给定值可以“略高于”或“略低于”端点，来提供数值范围端点的一定灵活性。
[0034]相关指向性术语时而在本文中使用来描述和主张本发明的不同构件。这种术语无限制地包括“向上”、“向下”、“水平”、“垂直”等。这些术语通常非意图限制，而是用于最清楚地描述和主张本发明的不同特征。在这种术语必须传达某种限制时，其意图限于公知的用法并且被本领域技术人员理解。具体地，术语“侧”时而在本文中使用来描述容器或孔的边界。要理解，这种术语不限于该容器或孔的侧向部分，而是可以包括上、下、侧向部分等。
[0035]如本文所用，术语“封闭的”或“密封的”反应孔或容器被理解为指代各侧均密封的孔或容器(例如，无“开放的”上部分或侧部分)。封闭或密封的孔或容器可以被封闭或密封到不同程度。一方面，孔或容器被密封成不透液的:即，液体在正常操作过程中无法进入或离开孔或容器。一方面，封闭或密封的孔或容器可被封闭到一定程度，使得孔或容器中包含的混合珠无法离开容器。一方面，孔或容器可以是不透气的:即，气体在正常操作期间不可进入或离开孔或容器。
[0036]如本文所用，为方便起见，可在同一列表中示出多种项目、结构要素、组成要素、和/或材料。然而，这些列表应被理解为好像列表中的每个成员均作为单独和独特的成员被分别确定。因此，这种列表中的个体成员不应仅基于其示出在同一组中而没有相反指示就被理解为是相同列表中的任何其他成员的实际等同形式。
[0037]数值数据在本文中可以范围形式表达或示出。要理解，这种范围形式的施用仅以方便和简洁为目的，因此应被灵活地解释为不仅包括作为范围极限明确记载的数值，而且包括该范围涵盖的所有个体数值或子范围，如同各数值和子范围被明确记载。作为示例，〃约I至约5〃的数值范围应被解释为不仅包括明确记载的数值约I至约5，而且包括所示范围内的个体数值和子范围。因此，此数值范围包括，分别地，个体值如2、3、和4和子范围如1-3、2-4 和 3-5 等，以及 1、2、3、4 和 5。
[0038]相同的原理适用于仅记载一个数值作为最小值或最大值的范围。另外，这种解释的适用与范围宽度或所表述的特征无关。
[0039]本发曰月
[0040]已经知道为了使化学反应或生物化学反应有效，反应剂溶液必须尽可能均质。在聚合酶链式反应(PCR)的情况下，溶液中的反应剂、酶、引物、探针、目标模板等需要尽可能均质，使得目标的有效扩增可以发生。多种反应还需要反应孔中溶液处处均匀的温度，以使反应有效。PCR还需要在变性、退火和反转录时均匀的温度，以使目标DNA区段的有效扩增发生。
[0041]在开始反应前和在PCR扩增的情况下混合反应剂溶液将通常满足均质性要求，并且在开放系统中其通常在将反应剂加入反应孔时进行。在封闭筒形系统内的均质混合步骤更困难得多。在需要均匀温度时，