独立核酸处理的制作方法
本发明是在美国国防部授予的w911qy-13-d-0080的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。
相关申请
本申请要求2016年7月28日提交的美国临时专利序列号62/368,095以及2017年5月18日提交的美国专利申请序列号62/508,163的权益和优先权，上述申请的全部内容通过引用并入本文。
本公开的实施例总体上涉及用于从样品提取和扩增核酸的方法和装置。
背景技术：
在美国、加拿大和西欧，传染病占人类死亡率的约7％，而在发展中地区，传染病占人类死亡率的40％以上。传染病导致各种临床表现。常见的明显表现包括发烧、肺炎、脑膜炎、腹泻和含血的腹泻。尽管物理表现提示一些病原体并消除其他病原体作为病原因子，但仍存在各种潜在的致病因子，并且明确诊断通常需要进行多种测定。用于诊断病原体的传统微生物学技术可能需要数天或数周，通常会延迟正确的治疗过程。
近年来，聚合酶链式反应(pcr)已成为快速诊断感染因子的首选方法。pcr可以是诊断传染病的快速、灵敏和特异的工具。使用pcr作为主要诊断手段的挑战是可能的致病生物或病毒的多样性以及一些病理标本中存在的生物体或病毒的低水平。进行多组pcr测定，每组针对一种可能的致病生物或病毒，通常是不切实际的，其中大多数预计是阴性的。当病原体核酸浓度低并且需要大量样品来收集足够的反应模板时，问题就更加严重。在一些情况下，没有足够的样品来测定所有可能的病原因子。一种解决方案是进行“多重pcr”，其中在单一反应中同时测定样品的多个靶标。尽管已经证明多重pcr在一些系统中是有价值的，但是存在关于高水平多重反应的稳健性和难以清楚分析多种产物的缺点。为了解决这些问题，可以随后将测定分成多重二次pcr。在初级产物中嵌套二次反应提高稳健性。诸如
许多扩增系统中的许多样品类型需要样品制备。样品制备通常是在用于从较坚韧的材料(例如孢子和石蜡保存的样品)释放核酸的苛刻的提取和裂解条件和可以使核酸降解最小化的较温和的裂解条件之间的平衡，特别是在更容易裂解且具有更长染色体的污染物中。期望能够从较坚韧的材料提取核酸而不降解样品中可能存在的其他核酸。
本发明涉及与制备样品相关的以及用于处理和检测该样品中的核酸的各种改进。
技术实现要素：
本文公开了用于扩增设置在挠性的、独立的、基本上封闭的样品容器中的样品中的核酸的仪器和方法。在一个方面，所述样品容器包括加载附件，所述加载附件包括与一个或多个可密封流动路径流体连通的样品区和多个试剂区。在一个实施例中，所述可密封流动路径连接到外部加载端口，所述外部加载端口便于将样品和再水合溶液装载到所述加载附件中。所述可密封流动路径提供从所述容器的外部到所述样品区和所述多个试剂区的唯一通路，使得当所有所述一个或多个可密封路径被密封时，所述容器完全关闭。所述样品容器的加载附件包括与多个流体连接的反应区流体连接的样品加载区和试剂加载区。所述多个流体连接的反应区包括第一多个反应泡状结构(blister)、第二多个反应泡状结构、以及流体连接第一和第二多个反应泡状结构的多个可密封通道。所述多个可密封通道被分成第一多个通道和第二多个通道。在一个方面，一种用于扩增样品中的核酸的仪器包括第一支撑构件和第二支撑构件、以及用于在所述第一和第二支撑构件之间接收样品容器的开口。
在一个实施例中，所述仪器包括密封棒，所述密封棒在所述仪器中定位和配置用于热密封所述一个或多个可密封流动路径，使得所述容器可以与所述容器的外部密封。在一个方面，所述密封棒包括与所述一个或多个可密封流动路径和所述样品区以及所述多个试剂区中的每一个关联的多个单独控制的加热器元件。
在一个实施例中，所述仪器包括推送系统，所述推送系统包括多个机械致动活塞，所述机械致动活塞在所述仪器中定位和配置用于将样品和试剂从样品区和试剂区移动到流体连接的反应区中。
在一个实施例中，所述样品容器还包括在裂解泡状结构中的一定量的裂解珠，并且所述仪器包括珠磨部件，所述珠磨部件包括驱动电机和三个或更多个搅打器元件，所述搅打器元件在所述仪器中定位和配置用于接触所述裂解泡状结构以便在所述裂解泡状结构中生成裂解物。
在一个实施例中，所述样品容器还包括配置用于从裂解物回收核酸的一定量的磁珠，并且所述仪器还包括移动磁体系统，所述移动磁体系统包括用于在至少在所述裂解泡状结构和下游核酸回收泡状结构之间的限定路径上移动磁体以从裂解物回收和分离磁珠的驱动系统。类似地，所述移动磁体系统配置用于回收和分离磁珠以便洗涤磁珠以从裂解物去除碎片并且用于从磁珠洗脱回收的核酸。在一个实施例中，用于磁体的驱动系统可以包括驱动电机、磁体保持器、以及其他可选部件，例如但不限于用于感测磁体相对于样品容器的位置的一个或多个位置传感器和用于控制磁体相对于样品容器的位置的驱动控制系统(例如，系统固件)。
在一个实施例中，所述仪器包括设置在所述支撑构件中的至少一个上的多个加压构件和多个密封构件。所述加压构件与所述反应区关联，并且所述密封构件与所述连接反应区的通道关联。在一个实施例中，所述加压构件和所述密封构件配置成一起工作以提供所述流体连接的反应区之间的流体的定向移动。在一个实施例中，所述加压构件包括与所述第一多个反应泡状结构关联的第一组相互致动的加压构件、以及与所述第二多个反应泡状结构关联的第二组相互致动的加压构件。在一个实施例中，所述多个密封构件包括第一组和第二组联接但可单独致动的密封件。在一个实施例中，所述第一组的每个密封件在所述第一多个反应泡状结构的下游并在所述第二多个反应泡状结构的上游，并且所述第二组的每个密封件在所述第二多个反应泡状结构的下游并在所述第一多个反应泡状结构的上游。
在一个实施例中，所述仪器包括配置用于在所述反应区中的一个中进行第一热循环反应的至少一个加热器和配置用于在所述反应区中的另一个中进行下游的第二循环反应的至少一个附加的加热器。
在一个实施例中，所述仪器包括配置用于在所述容器的至少一个区域中激发和记录荧光的光学阵列。
在另一实施例中，描述了一种用于从样品提取核酸的方法。所述方法包括(1)将样品置于细胞裂解区中，(2)在所述裂解区中珠磨样品持续第一段时间以释放可能存在于样品中的第一部分核酸，(3)捕获所述第一部分核酸并将所捕获的核酸储存在核酸提取区中，(3)在所述裂解区中珠磨样品持续第二段时间以释放可能存在于样品中的第二部分核酸，以及(4)捕获所述第二部分核酸并将所捕获的核酸储存在所述核酸提取区中。在一个实施例中，所述方法还包括(5)在所述裂解区中珠磨样品持续第三段时间以释放可能存在于样品中的第三部分核酸，以及(6)捕获所述第三部分核酸并将所捕获的核酸储存在所述核酸提取区中。
在另一实施例中，描述了一种用于进行反应的容器。所述容器包括：在其中限定多个流体连接的区域的挠性材料，所述区域通过通道流体连接，其中至少第一区域包括包含在其中的多个珠，并且第二区域在其中不包含任何珠；配置成接收样品的端口；以及在所述多个通道中的一个或多个中的过滤器元件，其中所述过滤器元件配置成防止所述珠穿过所述通道进入相邻区域。在一个实施例中，所述挠性材料包括结合在一起的至少两层挠性材料。
在另一实施例中，描述了一种用于扩增样品中的核酸的仪器。所述仪器包括具有第一侧和第二侧的开口，所述开口用于在所述第一侧和所述第二侧之间接收封闭反应容器，其中所述容器配置用于核酸扩增。所述容器包括多个流体连接的反应区，所述反应区包括包含多个裂解珠的裂解区和下游核酸扩增区。所述仪器还包括设置在所述侧中的一个处的与所述裂解区关联的至少一个加压构件、以及设置在所述侧中的一个处的珠磨部件，其中所述珠磨部件包括驱动电机和三个或更多个搅打器元件，所述搅打器元件在所述仪器中定位和配置用于接触所述裂解区以生成裂解物。
在另一实施例中，一种使用所述的前述仪器进行核酸扩增的方法。所述方法包括(1)提供包含待分析的样品和多种试剂的封闭反应容器，(2)在裂解区中珠磨样品持续一段时间以释放可能存在于样品中的一部分核酸，其中所述珠磨包括用珠磨装置珠磨样品，同时用与所述裂解区关联的加压构件使样品脉动，(3)回收从样品释放的核酸，(4)洗涤核酸，以及(5)进行pcr反应。在一个实施例中，所述方法还包括使用设置在所述封闭反应容器中的一定量的磁珠和移动磁体系统从所述裂解区中的样品回收核酸，其中所述方法还包括：将所述磁珠分散在裂解物中，邻近所述裂解区扫过所述移动磁体以回收所述磁珠，以及用与所述裂解区关联的所述加压构件对所述裂解区加压以将所述磁珠驱赶到下游核酸回收区。
在另一实施例中，描述了一种用于处理样品的仪器。所述仪器包括第一支撑构件和第二支撑构件、用于在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间接收挠性反应容器的开口，其中所述容器配置用于接收样品。在一个实施例中，所述容器包括加载附件，所述加载附件包括样品区和多个试剂区、以及多个流体连接的反应区。所述仪器还包括推送系统，所述推送系统包括多个机械致动活塞，所述机械致动活塞在所述仪器中定位和配置用于将样品和试剂从所述加载附件移动到所述流体连接的反应区中。
在另一实施例中，描述了用于测量样品中的荧光的仪器。所述仪器包括第一支撑构件和第二支撑构件、用于在所述第一和第二支撑构件之间接收容器的开口。在一个实施例中，所述容器包括：多个流体连接的区域，所述多个流体连接的区域包括样品处理区和反应区，所述区域由基本上彼此平行定位的两个挠性膜限定；连接所述区域的多个通道；以及流体连接到所述区域的一个或多个可密封端口，所述可密封端口提供从所述容器的外部到所述区域的唯一通路，使得当所有所述一个或多个可密封端口被密封时，所述容器完全关闭。所述仪器还包括：设置在所述第一或第二支撑件中的一个处的加热/冷却装置，所述加热/冷却装置配置用于控制所述反应区的内容物的温度；安装在所述仪器中并定位成在所述反应区中产生和检测荧光的光学系统；以及与所述反应区和所述光学系统关联的窗口气囊，其中所述窗口气囊包括：光学透明窗口以及流体连接到压缩气体源的接管，所述光学透明窗口包括第一层和第二层材料，所述第一层和第二层材料在每层的边缘上结合在一起以在所述两个层之间形成可充气封套，其中所述第一支撑构件和所述第二支撑构件是可分离的，使得所述接管是用户可接近的，并且所述窗口气囊是用户可更换的。
在另一实施例中，描述了一种用于扩增样品中的核酸的仪器。所述仪器包括用于接收容器的开口以及多个加热器，所述容器包括：多个流体连接的反应区，所述多个流体连接反应区包括裂解区、提取区和扩增区；以及流体连接到所述反应区的一个或多个可密封端口，所述可密封端口提供从所述容器的外部到反应泡状结构的唯一通路，使得当所有所述一个或多个可密封端口被密封时，所述容器完全关闭，其中所述加热器的每一个配置成设定在不同温度，并且其中所述加热器在可移动安装件上定位成使得每个加热器配置成顺序地移动到将热施加到反应区的位置。
在另一实施例中，描述了一种用于处理样品的仪器。所述仪器包括第一支撑构件和第二支撑构件，用于在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间接收封闭反应容器的开口。所述容器包括：多个流体连接的反应区，所述多个流体连接的反应区包括第一多个反应泡状结构和第二多个反应泡状结构；以及流体连接所述反应区的多个可密封通道，其中所述多个可密封通道包括第一多个通道和第二多个通道。所述仪器包括设置在所述支撑构件中的至少一个上的多个加压构件，所述加压构件包括：与所述第一多个反应泡状结构关联的第一组相互致动的加压构件，以及与所述第二多个反应泡状结构关联的第二组相互致动的加压构件，设置在所述支撑构件中的至少一个上的多个密封构件，其中所述密封构件与连接所述反应区的通道关联，其中所述加压构件的启动提供所述流体连接的反应区之间的流体的定向移动。
在另一实施例中，描述了一种用于处理样品的仪器。所述仪器包括第一支撑构件和第二支撑构件，以及用于在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间接收挠性反应容器的开口。所述容器包括：包括样品区和多个试剂区的加载附件，多个流体连接的反应区，以及一个或多个可密封流动路径，所述可密封流动路径具有将所述加载附件连接到一个或多个填充口的第一侧和连接到所述多个流体连接的反应区的第二侧，所述可密封流动路径提供从所述一个或多个填充口到所述样品区和所述多个试剂区的唯一通路，使得当所有所述一个或多个可密封路径的第一侧被密封时，所述容器完全关闭。所述仪器还包括多个热密封元件，所述多个热密封元件设置在所述支撑构件中的至少一个上以接触所述加载附件和所述一个多个可密封流动路径，其中所述热密封元件包括与所述一个或多个可密封流动路径的第一侧的每一个关联的多个单独控制的加热器元件。
在另一实施例中，描述了一种用于处理样品中的核酸的仪器。所述仪器包括第一支撑构件和第二支撑构件，以及用于在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间接收封闭反应容器的开口。所述容器包括多个流体连接的反应区，所述反应区包括包含多个裂解珠的裂解区和核酸回收区，并且所述容器在其中设置有核酸结合磁珠。所述仪器还包括设置在所述支撑构件中的至少一个上以在裂解泡状结构中生成裂解物的珠磨部件，以及设置在所述支撑构件中的至少一个上的移动磁体部件，其中所述移动磁体部件可以包括保持器、驱动器、和其他部件，例如但不限于，用于至少在所述裂解区和所述核酸回收区之间扫过磁体的一个或多个位置传感器。
在另一实施例中，描述了一种用于制备样品裂解物的珠搅打仪器。在一个实施例中，所述珠搅打仪器包括用于在第一支撑构件和第二支撑构件之间接收包含流体样品的挠性样品容器的开口，以及与所述第一或第二支撑构件关联的珠磨部件。在一个实施例中，所述珠磨部件包括可操作地联接到至少两个交替桨叶元件的往复驱动构件，所述至少两个交替桨叶元件从所述第一或第二支撑构件延伸以反复地和连续地接触所述挠性样品容器以从样品生成裂解物。
在另一实施例中，描述了一种用于扩增样品中的核酸的仪器。所述仪器包括：用于接收容器的开口，所述容器包括包括裂解区、提取区和扩增区的多个流体连接的反应区以及流体连接到所述反应区的一个或多个可密封端口；珠磨部件，所述珠磨部件包括可操作地联接到至少两个交替桨叶元件的往复驱动构件，所述至少两个交替桨叶元件反复地和连续地接触所述裂解区以从样品生成裂解物；提取区，用于从所述提取区中的裂解物提取核酸，并且使提取的核酸移动到扩增泡状结构；以及加热器，所述加热器定位用于控制所述扩增区中的核酸的温度。在一个实施例中，所述至少两个桨叶尺寸确定成和定位成基本上接触整个裂解区。在一个实施例中，所述桨叶中的一个或多个包括温度控制元件。在一个实施例中，所述至少两个桨叶配置成一起延伸以从所述裂解区推送流体。
1.一种用于处理反应容器中的样品的仪器，其包括：
第一支撑构件和第二支撑构件；
用于在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间接收所述反应容器的开口，所述容器包括：
多个流体连接的反应区，所述多个流体连接的反应区包括第一多个反应泡状结构和第二多个反应泡状结构，所述反应泡状结构配置用于所述封闭反应容器中的细胞裂解、核酸回收和至少一个核酸扩增反应；
多个可密封通道，所述多个可密封通道流体连接所述反应区，其中所述多个可密封通道包括第一多个通道和第二多个通道；
多个加压构件，所述多个加压构件可从所述支撑构件中的至少一个延伸，所述加压构件包括：
与所述第一多个反应泡状结构关联的第一组相互致动的加压构件，以及
与所述第二多个反应泡状结构关联的第二组相互致动的加压构件；
多个密封构件，所述多个密封构件可从所述支撑构件中的至少一个延伸，其中所述密封构件与连接所述反应区的所述通道关联，
其中所述加压构件和所述密封构件的致动提供所述流体连接的反应区之间的流体的定向移动。
2.根据条款1所述的仪器，其中所述多个密封构件联接到驱动凸轮，所述驱动凸轮包括在所述驱动凸轮上的多个角位置处的致动构件，用于释放或启动所述密封构件的每一个。
3.根据条款1和/或2所述的仪器，其中所述致动构件在所述驱动凸轮上定位用于在每个角位置处释放或启动零个、一个或两个或更多个密封构件。
4.根据条款1-3任一项所述的仪器，其中每个密封构件被单独释放。
5.根据条款1-4任一项所述的仪器，其中所述第一多个反应泡状结构布置在第一排中，并且所述第二多个反应泡状结构布置在第二排中。
6.根据条款1-5任一项所述的仪器，其中所述第一排的反应泡状结构和所述第二排的反应泡状结构经由所述可密封通道以相对于彼此z字形方式连接。
7.根据条款1-6任一项所述的仪器，其中所述第一组相互致动的加压构件配置成提供所述多个第一排泡状结构中的至少一个和所述多个第二排泡状结构中的至少一个之间的流体的定向移动，并且所述第二组相互致动的加压构件配置成提供所述多个第二排泡状结构中的至少一个和所述多个第一排泡状结构中的至少一个之间的流体的定向移动。
8.根据条款1-7任一项所述的仪器，其中所述第一和第二多个通道流体连接所述第一排和第二排反应泡状结构，使得流体能够在所述第一排和第二排反应泡状结构之间流动。
9.根据条款1-8任一项所述的仪器，其中所述第一组加压构件通过基本上同时对所有所述第一多个反应泡状结构加压使流体从所述第一多个反应泡状结构的一个泡状结构移动到所述第二多个反应泡状结构的一个泡状结构。
10.根据条款1-9任一项所述的仪器，其中一个或多个选定的密封构件的释放允许流体从所述第一多个反应泡状结构的第一泡状结构流动到所述第二多个反应泡状结构的所述一个泡状结构，并且其中未释放的一个或多个选定的密封构件防止流体流动到所述第一多个反应泡状结构的另一泡状结构中。
11.根据条款1-10任一项所述的仪器，其中所述第二组加压构件通过基本上同时对所述第二多个反应泡状结构的每一个加压使流体从所述第二多个反应泡状结构的一个泡状结构移动到第一组反应构件的泡状结构。
12.根据条款1-11任一项所述的仪器，其中当一个或多个选定的密封构件被释放时，流体能够从所述第二多个反应泡状结构的所述一个泡状结构流动到所述第一多个泡状结构中的一个或多个泡状结构，并且一个或多个选定的密封构件不被释放，使得流体不能流动到所述第一多个反应泡状结构的其他泡状结构中。
13.根据条款1-12任一项所述的仪器，其中所述第一组相互致动的加压构件和所述第二组相互致动的加压构件被弹簧驱动以用于对所述反应泡状结构加压，并且联接到驱动凸轮，所述驱动凸轮包括在所述驱动凸轮上的多个角位置处的致动构件，用于独立地致动所述第一组相互致动的加压构件和所述第二组相互致动的加压构件。
14.根据条款1-13任一项所述的仪器，其中对所述反应泡状结构的加压由联接到所述第一组相互致动的加压构件和所述第二组相互致动的加压构件的驱动凸轮驱动，并且所述加压构件还包括位置传感器和反馈控制系统，用于控制所述第一组相互致动的加压构件和所述第二组相互致动的加压构件的致动。
15.根据条款1-14任一项所述的仪器，其还包括珠磨部件，所述珠磨部件包括驱动电机和搅打器元件，所述搅打器元件在所述仪器中定位和配置用于接触所述封闭反应容器的一部分以从样品生成裂解物。
16.根据条款1-15任一项所述的仪器，其还包括磁体系统，用于回收和分离设置在所述反应容器的一个或多个反应泡状结构中的一定量磁珠，其中所述磁珠用于所述反应容器中的核酸回收。
17.根据条款1-16任一项所述的仪器，其还包括至少一个加热器，所述至少一个加热器定位在所述仪器中以接触所述反应容器的一个或多个反应泡状结构，其中所述至少一个加热器配置用于在所述反应容器中执行热循环反应。
18.根据条款1-17任一项所述的仪器，其还包括光学阵列，所述光学阵列定位在所述仪器中并且配置用于在所述反应容器的一个或多个反应泡状结构中激发荧光并用于记录来自所述反应容器的所述一个或多个反应泡状结构的荧光。
19.根据条款1-18任一项所述的仪器，其中所述第一支撑构件和所述第二支撑构件中的一个包括门，所述门可以被打开以用于在其间接收所述封闭反应容器。
20.根据条款1-19任一项所述的仪器，其还包括计算装置，所述计算装置配置用于控制所述加压构件和所述密封构件。
21.一种用于制备样品裂解物的珠搅打仪器，其包括：
开口，所述开口用于在第一支撑构件和第二支撑构件之间接收包含流体样品的挠性样品容器，
与所述第一或第二支撑构件关联的珠磨部件，所述珠磨部件包括可操作地联接到至少两个交替桨叶元件的往复驱动构件，所述至少两个交替桨叶元件从所述第一或第二支撑构件延伸以反复地和连续地接触所述挠性样品容器以从样品生成裂解物。
22.根据条款21所述的珠搅打仪器，其中所述往复驱动构件包括电机驱动的凸轮轴，所述电机驱动的凸轮轴具有机械地联接到所述至少两个桨叶的至少两个偏心驱动凸角。
23.根据条款21和/或22所述的珠搅打仪器，其中所述凸轮轴包括接触所述桨叶的轴承构件。
24.根据条款21-23任一项所述的珠搅打仪器，其中所述桨叶各自包括凸轮从动件，所述凸轮从动件接触所述凸轮轴的相应偏心驱动凸角。
25.根据条款21-24任一项所述的珠搅打仪器，其中所述往复驱动构件包括与每个桨叶关联的机械致动器，其中所述机械致动器延伸以延伸关联的桨叶。
26.根据条款21-25任一项所述的珠搅打仪器，其中每个桨叶包括偏置构件，所述偏置构件定位和配置成使每个桨叶朝向或离开所述裂解区偏置。
27.根据条款21-26任一项所述的珠搅打仪器，其中所述至少两个桨叶尺寸确定成和定位成基本上接触整个挠性样品容器。
28.根据条款21-27任一项所述的珠搅打仪器，其中所述流体样品包括一定量的锆裂解珠。
29.根据条款21-28任一项所述的珠搅打仪器，其中进一步包含所述开口以接收容器，所述容器包括多个流体连接的反应区，所述多个流体连接的反应区包括裂解区、用于从所述裂解区中产生的裂解物提取核酸的提取区、核酸扩增区、以及流体连接到所述反应区的一个或多个可密封端口。
30.根据条款21-29任一项所述的珠搅打仪器，其还包括定位用于控制所述核酸扩增区的温度的加热器。
31.根据条款21-30任一项所述的珠搅打仪器，其还包括用于回收和分离设置在所述容器中的一定量的磁珠的磁体系统，其中所述磁珠配置用于在所述容器中从裂解物回收核酸。
32.根据条款21-31任一项所述的珠搅打仪器，其还包括光学阵列，所述光学阵列被配置用于在所述挠性样品容器的至少一个区域中激发和记录荧光。
33.根据条款21-32任一项所述的珠搅打仪器，其还包括计算装置。
34.一种用于扩增样品中的核酸的仪器，其包括：
用于接收容器的开口，所述容器包括：多个流体连接的反应区，所述多个流体连接的反应区包括裂解区、提取区和扩增区；以及流体连接到所述反应区的一个或多个可密封端口，所述可密封端口提供从所述容器的外部到反应泡状结构的唯一通路，使得当所有所述一个或多个可密封端口被密封时，所述容器完全关闭，
珠磨部件，所述珠磨部件用于在裂解泡状结构中生成裂解物，
提取区，所述提取区用于从所述提取区中的样品提取核酸，并且使提取的核酸移动到所述扩增泡状结构，以及
加热器，所述加热器定位用于控制所述扩增区中的核酸的温度。
35.根据条款34所述的仪器，其中所述珠磨部件是驱动壳体的电机，所述壳体包括位于所述壳体中的多个轴承，使得当所述电机被启动时，所述多个轴承被轴向地施力以接触所述裂解区。
36.根据条款34和/或35所述的仪器，其中所述轴承是弹簧加载的。
37.根据条款34-36任一项所述的仪器，其中所述珠磨部件是驱动至少三个搅打棒的电机。
38.根据条款34-37任一项所述的仪器，其还包括所述容器和所述珠磨部件之间的屏障，其中所述屏障包括挠性膜。
39.根据条款34-38任一项所述的仪器，其中所述一个或多个可密封端口的每一个与加载附件连通，所述加载附件包括：
加载筒，
由所述加载筒的缘边限定的开口，
用于将所述加载附件附接到所述可密封端口的夹子，以及
与所述加载筒连接的空心斜面针。
40.根据条款39所述的仪器，其中所述斜面针还包括钝跟部。
41.根据条款39-40任一项所述的仪器，其中所述斜面针配置用于在使用附接夹子附接时插入所述可密封端口中。
42.根据条款34-41任一项所述的仪器，其中所述珠磨部件包括可操作地联接到至少两个交替桨叶元件的往复驱动构件，所述至少两个交替桨叶元件从所述第一或第二支撑构件延伸以反复地和连续地接触所述挠性样品容器以从样品生成裂解物。
43.一种用于从样品提取核酸的方法，其包括：
将样品置于细胞裂解区中，
在所述裂解区中珠磨样品持续第一段时间以释放可能存在于样品中的第一部分核酸，
捕获所述第一部分核酸并将所述捕获的核酸储存在核酸提取区中，
在所述裂解区中珠磨所述样品持续第二段时间以释放可能存在于样品中的第二部分核酸，以及
捕获所述第二部分核酸并将所述捕获的核酸储存在所述核酸提取区中。
44.根据条款43所述的方法，其还包括：
在所述裂解区中珠磨样品持续第三段时间以释放可能存在于样品中的第三部分核酸，以及
捕获所述第三部分核酸并将所述捕获的核酸储存在所述核酸提取区中。
45.根据条款43和/或44所述的方法，其中所述细胞裂解区和核酸区是密封容器内的腔室。
46.一种用于进行反应的容器，所述容器包括：
挠性材料，所述挠性材料包括结合在一起以在其中限定多个流体连接区域的至少两层挠性材料，所述区域通过通道流体连接，其中至少第一区域包括包含在其中的一种类型的多个珠，并且第二区域在其中不包含所述类型的任何珠；
配置成接收样品的端口；以及
在所述多个通道中的一个或多个中的过滤器元件，其中所述过滤器元件结合在所述通道中以防止液体和珠在过滤器周围流动以允许液体通过所述通道进入相邻区域并防止所述类型的珠通过所述通道进入相邻区域。
47.根据条款46所述的容器，其中所述类型的珠选自由裂解珠和磁珠组成的组。
48.根据条款46和/或47所述的容器，其中所述过滤器元件具有在约5至100μm的范围的孔径，使得所述过滤器元件足够大以使除了所述珠以外的所述容器中的液体中的基本上所有材料通过。
49.根据条款46-48任一项所述的容器，其中所述过滤器元件由与用于形成所述容器的材料相容的材料制成，使得所述过滤器元件能够在所述多个通道中的一个或多个中热密封，而不损害所述容器或所述过滤器。
50.根据条款46-49任一项所述的容器，其中所述过滤器元件在所述至少两层挠性材料之间的通道中在所述过滤器元件的顶部边缘处、在底部边缘处以及在顶部表面和底部表面上密封，以防止液体和珠在所述过滤器元件周围流动。
51.根据条款46-50任一项所述的容器，其中所述过滤器元件在所述至少两层挠性材料之间的通道中在顶部边缘处、在底部边缘处密封，第一密封件施加到在所述至少两层挠性材料中的一个上的所述过滤器元件的第一端部，并且第二密封件施加到所述至少两层挠性材料中的相对的一个上的所述过滤器元件的相对的第二端部。
52.根据条款46-51任一项所述的容器，其中所述过滤器元件的第一和第二端部或顶部和底部边缘密封到挠性材料的一个或多个附加层，然后所述过滤器元件结合在所述至少两层挠性材料之间，以形成所述通道和所述容器。
53.根据条款46-51任一项所述的容器，其中所述过滤器元件由聚乙烯材料制备。
54.一种用于扩增样品中的核酸的仪器，其包括：
具有第一侧和第二侧的开口，所述开口用于在所述第一侧和所述第二侧之间接收封闭反应容器，其中所述容器配置用于核酸扩增，所述容器包括：
多个流体连接的反应区，所述反应区包括包含多个裂解珠的裂解区和下游核酸扩增区；
设置在所述侧中的一个处的与所述裂解区关联的至少一个加压构件；以及
设置在所述侧中的一个处的珠磨部件，其中所述珠磨部件包括驱动电机和三个或更多个搅打器元件，所述搅打器元件在所述仪器中定位和配置用于接触所述裂解区以生成裂解物。
55.一种使用根据条款54所述的仪器进行核酸扩增的方法，其包括以下步骤：
提供包含待分析的样品和多种试剂的封闭反应容器；
在裂解区中珠磨样品持续一段时间以释放可能存在于样品中的第一部分核酸，其中所述珠磨包括用珠磨装置珠磨样品，同时用与所述裂解区关联的加压构件使样品脉冲；
回收从样品释放的核酸，
洗涤核酸，以及
进行pcr反应。
56.根据条款55所述的方法，其还包括使用设置在所述封闭反应容器中的一定量的磁珠和移动磁体系统从所述裂解区中的样品回收核酸，其中所述方法还包括：
将所述磁珠分散在裂解物中；
邻近所述裂解区扫过所述移动磁体以回收所述磁珠；以及
用与所述裂解区关联的所述加压构件对所述裂解区加压以将所述磁珠驱赶到下游核酸回收区。
57.一种用于处理样品的仪器，其包括：
第一支撑构件和第二支撑构件；
用于在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间接收挠性反应容器的开口，其中所述容器配置用于接收样品，所述容器包括：
加载附件，所述加载附件包括样品区和多个试剂区；以及
多个流体连接的反应区；以及
包括多个机械致动活塞的推送系统，所述多个机械致动活塞在所述仪器中定位和配置用于使样品和试剂从所述加载附件移动并进入到所述流体连接的反应区中。
58.根据条款57所述的仪器，其中所述推送系统包括：
包括多个活塞的壳体；
开口，用于至少接收所述容器的所述加载附件；
可旋转凸轮轴和多个凸轮凸角，其中一个凸轮凸角对应于所述多个活塞的每一个，
其中所述凸轮轴的旋转顺序地致动所述多个活塞以从所述加载附件推送流体并进入到所述反应容器的选定反应区中。
59.根据条款57和/或58所述的仪器，其中所述凸轮轴大致垂直于所述多个活塞的近端地定位在所述壳体内，并且其中所述凸轮凸角的每一个定位成使得所述凸轮凸角的每一个的平面大致平行于所述活塞的每一个的长轴。
60.根据条款57-59任一项所述的仪器，其中所述活塞的每一个配置成与所述加载附件的相应柱塞接触。
61.根据条款57-60任一项所述的仪器，其中与所述柱塞的远端接触的突片配置成在使杆旋转时在所述柱塞的远端上施加旋转力，由此使所述柱塞被致动。
62.根据条款57-61任一项所述的仪器，其中所述推送系统包括：
螺纹构件；
螺纹连接到所述螺纹构件上的穿梭机构；并且通过所述穿梭机构沿着所述螺纹构件的水平平移致动所述多个活塞，
其中所述螺纹构件的旋转使所述穿梭机构顺序地接触所述活塞的每一个的近端，使所述活塞的每一个的远端顺序地推送所述加载附件中的相应的多个柱塞以使流体从所述加载附件移动到所述反应容器的选定反应区中。
63.根据条款57-62任一项所述的仪器，其中所述推送系统包括：
多个螺栓，每个螺栓包括；
近端和远端，并且其中所述近端与横杆连通并且所述远端与活塞连通；
其中每个横杆的旋转使所述活塞的每一个的远端顺序地推送所述加载附件中的相应的多个柱塞以使流体从所述加载附件移动到所述反应容器的选定反应区中。
64.根据条款57-63任一项所述的仪器，其中第一螺栓上的横杆配置成当使所述第一螺栓旋转时与相邻螺栓上的横杆接触，由此使相邻螺栓旋转，并且其中以每个螺栓和每个相邻螺栓顺序地重复该过程。
65.根据条款57-64任一项所述的仪器，其中所述推送系统包括：
壳体，所述壳体包括多个活塞、轨道、围绕所述轨道的周边定位的链条、以及驱动所述链条围绕所述轨道移动以顺序地致动所述多个活塞的每一个的驱动系统；
所述链条还包括至少一个凸起链节，所述至少一个凸起链节配置成接触所述活塞中的一个的近端并将所述一个活塞推出所述壳体，
其中所述链条围绕所述轨道的移动导致所述凸起链节接触每个活塞的近端以将每个活塞推出所述壳体以顺序地接触所述加载附件中的多个柱塞中的相应一个以使流体从所述加载附件移动到所述反应容器的选定反应区中。
66.根据条款57-64任一项所述的仪器，所述多个活塞的第一活塞还包括，
柱，所述柱包括
近端和远端，
与所述近端连通的大致平坦的平台，以及
与所述远端接触的活塞。
67.根据条款57-66任一项所述的仪器，其中所述第一活塞具有比所述多个活塞中的其余活塞更长的推送行程。
68.根据条款57-67任一项所述的仪器，其中所述多个活塞的多个附加活塞还包括：
柱，所述柱包括，
近端和远端，
与所述近端连通的大致倾斜的平台，以及
与所述远端接触的活塞。
69.根据条款57-68任一项所述的仪器，其中所述至少一个凸起链节配置成当使所述链条围绕所述轨道旋转时顺序地与所述大致平坦的平台和每个所述大致倾斜的平台接触，以顺序地将所述活塞推出所述壳体。
70.根据条款65所述的仪器，其还包括在所述链条上的返回凸轮和返回销，其中所述返回销配置成在致动所有所述活塞之后当使所述链条继续旋转时与所述凸轮的内周边接触，由此使所述凸轮在与所述被致动活塞的移动方向大致相反的方向上移动，并且使所述凸轮顺序地与每个成角度的平台的搁板接触，由此使所述成角度的平台和柱塞朝其被致动之前的位置返回。
71.一种用于测量样品中的荧光的仪器，其包括：
第一支撑构件和第二支撑构件；
用于在所述第一和第二支撑构件之间接收容器的开口，所述容器包括：
包括样品处理区和反应区的多个流体连接的区域，所述区域由基本上彼此平行定位的两个挠性膜限定，
连接所述区域的多个通道；以及
流体连接到所述区域的一个或多个可密封端口，所述可密封端口提供从所述容器的外部到所述区域的唯一通路，使得当所有所述一个或多个可密封端口被密封时，所述容器完全关闭，
设置在所述第一或第二支撑件中的一个处的加热/冷却装置，所述加热/冷却装置配置用于控制所述反应区的内容物的温度；
安装在所述仪器中并定位成在所述反应区中产生和检测荧光的光学系统；以及
与所述反应区和所述光学系统关联的窗口气囊，其中所述窗口气囊包括：
光学透明窗口，所述光学透明窗口包括第一层和第二层材料，所述第一层和第二层材料在每层的边缘上结合在一起以在所述两个层之间形成可充气封套；以及
流体连接到压缩气体源的接管；
其中所述第一支撑构件和所述第二支撑构件是可分离的，使得所述接管是用户可接近的，并且所述窗口气囊是用户可更换的。
72.根据条款71所述的仪器，其中所述窗口气囊配置成当由所述压缩气体源充气膨胀时打开以从所述反应区排出多余的流体。
73.根据条款71-73任一项所述的仪器，其中所述窗口气囊配置成当由所述压缩气体源充气膨胀时从下边缘朝向上边缘打开以从所述反应区擦去多余的流体。
74.根据条款71-73任一项所述的仪器，其中所述窗口气囊由自粘材料构成，并且其中所述窗口气囊包括工程化的修改梯度，所述工程化的修改梯度使所述窗口气囊在由所述压缩气体源充气膨胀时从下边缘朝向上边缘打开以从所述反应区擦去多余的流体。
75.根据条款71-74任一项所述的仪器，其中所述窗口气囊包括工程化的修改梯度，所述工程化的修改梯度使所述窗口气囊粘附到自身，使得所述窗口气囊在由所述压缩气体源充气膨胀时从下边缘朝向上边缘打开以从所述反应区擦去多余的流体。
76.一种用于扩增样品中的核酸的仪器，其包括：
用于接收容器的开口，所述容器包括：
多个流体连接的反应区，所述多个流体连接的反应区包括裂解区、提取区和扩增区，以及
流体连接到所述反应区的一个或多个可密封端口，所述可密封端口提供从所述容器的外部到反应泡状结构的唯一通路，使得当所有所述一个或多个可密封端口被密封时，所述容器完全关闭，以及
多个加热器，其中所述加热器的每一个配置成设定在不同温度，并且其中所述加热器在可移动安装件上定位成使得每个加热器配置成顺序地移动到将热施加到反应区的位置。
77.根据条款76所述的仪器，其中所述可移动安装件包括配置成由动力源圆形地驱动的圆形安装件。
78.根据条款76和/或77所述的仪器，其中所述动力源配置成在顺时针和逆时针方向上驱动所述可移动安装件。
79.一种用于扩增样品中的核酸的仪器，其包括：
用于接收容器的开口，所述容器包括：
全部流体连通的样品区和多个试剂区，所述试剂区包括裂解泡状结构、下游第一和第二核酸回收泡状结构、下游第一和第二核酸扩增泡状结构、下游稀释泡状结构、和下游核酸扩增区；
连接到所述样品区和所述多个试剂区的一个或多个可密封流动路径，所述可密封流动路径提供从所述容器的外部到所述样品区和所述多个试剂区的唯一通路，使得当所有所述一个或多个可密封路径被密封时，所述容器完全关闭；
与多个流体连接的反应区流体连接的样品加载区和试剂加载区；
包括多个机械致动活塞的推送系统，所述多个机械致动活塞在所述仪器中定位和配置用于使样品和试剂从所述样品区和试剂区移动到所述流体连接的反应区中；
所述容器还包括在所述裂解泡状结构中的一定量的裂解珠和珠磨部件，所述珠磨部件包括驱动电机和三个或更多个搅打器元件，所述搅打器元件在所述仪器中定位和配置用于接触所述裂解泡状结构以在所述裂解泡状结构中生成裂解物；
所述容器还包括配置用于从裂解物回收核酸的一定量的磁珠和移动磁体系统，所述移动磁体系统包括驱动器，所述驱动器用于在限定路径上移动磁体以回收和分离所述磁珠，并且用于至少在所述裂解泡状结构和所述第一和第二核酸回收泡状结构之间移动所述磁珠；
与所述流体连接的反应区关联的多个加压构件和密封构件，所述多个加压构件和密封构件配置成提供所述流体连接的反应区之间的流体的定向移动，所述加压构件包括：
与所述裂解泡状结构关联的加压构件，
与所述第一核酸回收泡状结构、所述第一核酸扩增泡状结构和所述稀释泡状结构关联的第一组相互致动的加压构件，以及
与所述第二核酸回收泡状结构和所述第二核酸扩增泡状结构关联的第二组相互致动的加压构件；
所述密封构件包括：
在所述裂解泡状结构和所述第一核酸回收泡状结构之间、在所述第二核酸回收泡状结构和所述第一核酸扩增泡状结构之间、以及在所述第二核酸扩增泡状结构和所述稀释泡状结构之间的第一组联接的但单独致动的密封件，以及
在所述第一核酸回收泡状结构和所述第二核酸回收泡状结构之间、在所述第一核酸扩增泡状结构和所述第二核酸扩增泡状结构之间、以及在所述稀释泡状结构和第三核酸扩增区之间的第二组联接的但单独致动的密封件；以及
配置用于执行与所述第一和第二核酸扩增泡状结构关联的热循环反应的至少一个加热器，以及配置用于执行与所述第三核酸扩增区关联的热循环反应的至少一个加热器。
80.根据条款79所述的仪器，其还包括密封棒，所述密封棒在所述仪器中定位和配置用于热密封所述一个或多个可密封流动路径，其中所述密封棒包括与每一个所述一个或多个可密封流动路径和所述样品区以及所述多个试剂区的多个单独控制的加热器元件。
81.一种用于处理样品的仪器，其包括：
第一支撑构件和第二支撑构件；
用于在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间接收封闭反应容器的开口，所述容器包括：
包括第一多个反应泡状结构和第二多个反应泡状结构的多个流体连接的反应区；
流体连接所述反应区的多个可密封通道；
设置在所述支撑构件中的至少一个上的多个加压构件，所述加压构件包括：
与所述第一多个反应泡状结构关联的第一组相互致动的加压构件，以及
与所述第二多个反应泡状结构关联的第二组相互致动的加压构件；
设置在所述支撑构件中的至少一个上的多个密封构件，其中所述密封构件与连接所述反应区的通道关联，
其中所述加压构件的启动提供所述流体连接的反应区之间的流体的定向移动。
82.根据条款81所述的仪器，其中所述多个密封构件包括
机械联接的第一组，所述第一组的每个密封件在所述第一多个的反应泡状结构的下游并且在所述第二多个的反应泡状结构的上游，以及
机械联接的第二组，所述第二组的每个密封件在所述第二多个的反应泡状结构的下游并且在所述第一多个的反应泡状结构的上游。
83.根据条款81和/或82所述的仪器，其中所述第一组和所述第二组的每个密封件是单独可致动的。
84.根据条款81-83任一项所述的仪器，其中所述第一多个反应泡状结构布置在第一排中，并且所述第二多个反应泡状结构布置在第二排中。
85.根据条款81-84任一项所述的仪器，其中所述第一排的反应泡状结构和所述第二排的反应泡状结构经由所述可密封通道以相对于彼此z字形方式连接。
86.根据条款81-85任一项所述的仪器，其中所述第一组相互致动的加压构件配置成在所述多个第一排泡状结构中的至少一个和所述多个第二排泡状结构中的至少一个之间提供流体的定向移动，并且所述第二组相互致动的加压构件配置成在所述多个第二排泡状结构中的至少一个和所述多个第一排泡状结构中的至少一个之间提供流体的定向移动。
87.根据条款81-86任一项所述的仪器，其中所述第一和第二多个通道流体连接所述第一排和第二排的反应泡状结构，使得流体能够在所述第一排和第二排的反应泡状结构之间流动。
88.根据条款81-87任一项所述的仪器，其中所述第一组加压构件通过对所有所述第一多个反应泡状结构加压使流体从所述第一多个反应泡状结构的一个泡状结构移动到所述第二多个反应泡状结构的一个泡状结构。
89.根据条款81-88任一项所述的仪器，其中所述第一多个反应泡状结构中的仅一个泡状结构在其中具有流体，并且所述第一多个反应泡状结构中的其余泡状结构在由所述加压构件加压时基本上是干燥的。
90.根据条款81-89任一项所述的仪器，其中所述第一组密封件的释放允许流体从所述第一多个反应泡状结构的所述一个泡状结构流动到所述第二多个反应泡状结构的一个泡状结构，并且所述第二组密封件的致动防止流体流动到所述第一多个多个反应泡状结构的另一个泡状结构中。
91.根据条款81-90任一项所述的仪器，其中所述第二组加压构件通过基本上同时对所述第二多个反应泡状结构的每一个加压使流体从所述第二多个反应泡状结构的一个泡状结构移动到所述第一组反应构件的泡状结构。
92.根据条款81-91任一项所述的仪器，其中所述第二多个反应泡状结构中的仅仅一个泡状结构在其中具有流体，并且所述第二多个反应泡状结构中的其余泡状结构在由所述加压构件加压时基本上是干燥的。
93.根据条款81-92任一项所述的仪器，其中当所述第二组密封件被释放时，流体能够从所述第二多个反应泡状结构的所述一个泡状结构流动到所述第一多个反应泡状结构的一个或多个泡状结构，并且当所述第一组密封件被致动时，流体不能流动到所述第二多个反应泡状结构的另一个泡状结构中。
94.一种用于处理样品的仪器，其包括：
第一支撑构件和第二支撑构件；
用于在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间接收挠性反应容器的开口，所述容器包括：
加载附件，
多个反应区，以及
一个或多个可密封流动路径，每个具有将所述加载附件连接到一个或多个填充口的第一侧和连接到所述多个反应区中的至少一个的第二侧，所述填充口中的至少一个配置用于接收样品，所述可密封流动路径提供从所述一个或多个填充口到所述多个试剂区的唯一通路，使得当所有所述一个或多个可密封路径的第一侧被密封时，所述容器完全关闭；
多个热密封元件，所述多个热密封元件设置在所述支撑构件中的至少一个上以接触所述加载附件和所述一个或多个可密封流动路径，其中所述热密封元件包括与所述一个或多个可密封流动路径的第一侧的每一个关联的多个单独控制的加热器元件。
95.根据条款94所述的仪器，其中所述单独控制的加热器元件是陶瓷加热器元件。
96.根据条款94和/或95所述的仪器，其中所述陶瓷加热器元件是自调节加热器元件。
97.根据条款94-96任一项所述的仪器，其中所述自调节加热器元件包括正热系数(ptc)加热元件。
98.根据条款94-97任一项所述的仪器，其中所述ptc加热元件是自限制的。
99.根据条款94-98任一项所述的仪器，其中所述单独控制的加热器元件选自由以下组成的组：电阻丝加热元件、陶瓷加热元件、蚀刻箔加热元件及其组合。
100.根据条款94-99任一项所述的仪器，其中所述单独控制的加热器元件布置在所述支撑构件中的至少一个中，并且还包括电加热器元件、壳体、动力源电连接、和控制单元连接。
101.根据条款94-100任一项所述的仪器，其还包括：
包括多个活塞的推送系统，所述多个活塞在所述仪器中定位和配置用于使样品从所述加载附件移动到所述反应区中，并且
其中在所述推送系统的致动之前用所述密封系统密封所述容器。
102.根据条款94-101任一项所述的仪器，其还包括与所述第一或第二支持件中的一个关联的样品制备系统，所述样品制备系统包括在所述挠性反应容器中的一个或多个所述反应区中实现细胞裂解和核酸回收的部件。
103.根据条款94-102任一项所述的仪器，其还包括光学系统，所述光学系统安装在所述仪器中并定位成在所述容器的反应区中的至少一个中产生和检测荧光。
104.根据条款94-103任一项所述的仪器，其还包括：
设置在所述第一或第二支撑件中的一个上的第一加热/冷却装置，所述第一加热/冷却装置配置用于热循环所述反应区中的至少一个的内容物；以及
设置在所述第一或第二支撑件中的一个上的第二加热/冷却装置，所述第二加热/冷却装置配置用于热循环所述反应区中的另一个的内容物。
105.根据条款94-104任一项所述的仪器，其还包括用于控制所述多个热密封元件、所述推送系统、所述样品制备系统、所述光学系统、所述第一加热/冷却装置、或第二加热/冷却装置中的一个或多个的计算机。
106.一种用于处理样品中的核酸的仪器，其包括：
第一支撑构件和第二支撑构件；
用于在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间接收封闭反应容器的开口，所述容器包括多个流体连接的反应区，所述反应区包括包含多个裂解珠的裂解区和核酸回收区，并且其中所述容器在其中设置有核酸结合磁珠；
设置在所述支撑构件中的至少一个上以在裂解泡状结构中生成裂解物的珠磨部件；
设置在所述支撑构件中的至少一个上的移动磁体部件，其中所述移动磁体部件包括在至少邻近所述裂解区的位置和至少邻近所述核酸回收区的位置之间的可移动的磁体。
107.根据条款106所述的仪器，其中所述移动磁体部件将磁珠从裂解物移动到所述核酸回收区。
108.根据条款106和/或107所述的仪器，其中所述移动磁体部件包括驱动器以及在所述裂解区和所述核酸回收区之间的磁体路径。
109.根据条款106-108任一项所述的仪器，其还包括设置在所述支撑构件中的至少一个上的与所述裂解区关联的至少一个加压构件，其中当所述驱动器被启动时所述加压构件被启动。
110.根据条款106-109任一项所述的仪器，其中所述移动磁体部件还包括传感器系统，所述传感器系统配置用于感测所述磁体相对于所述裂解区和所述核酸回收区中的一个或多个的位置。
111.根据条款106-110任一项所述的仪器，其中所述传感系统是与所述裂解区和所述核酸回收区之间的路径以及在所述裂解区和所述核酸回收区外部的区域关联的光学传感系统。
112.根据条款106-111任一项所述的仪器，其中所述珠磨部件包括驱动电机和三个或更多个搅打器元件，所述搅打器元件在所述仪器中定位和配置用于接触所述裂解区。
113.一种用于扩增样品中的核酸的仪器，其包括：
用于接收容器的开口，所述容器包括多个流体连接的反应区以及流体连接到所述反应区的一个或多个可密封端口，所述流体连接的反应区包括裂解区、提取区和扩增区，
珠磨部件，
提取区，用于从所述提取区中的裂解物提取核酸并将提取的核酸移动到扩增泡状结构，以及
加热器，所述加热器定位用于控制所述扩增区中的核酸的温度。
114.根据条款113所述的仪器，其中所述珠磨部件包括可操作地联接到至少两个交替桨叶元件的往复驱动构件，所述至少两个交替桨叶元件反复地和连续地接触所述裂解区以从样品生成裂解物。
115.根据条款113和/或114所述的仪器，其中所述往复驱动构件包括电机驱动的凸轮轴，所述电机驱动的凸轮轴具有机械地联接到所述至少两个桨叶的至少两个偏心驱动凸角。
116.根据条款113-115任一项所述的仪器，其中所述凸轮轴包括接触所述桨叶的轴承构件。
117.根据条款113-116所述的仪器，其中所述桨叶均可操作地联接到凸轮从动件，所述凸轮从动件接触所述凸轮轴的相应偏心驱动凸角。
118.根据条款113-117任一项所述的仪器，其中所述往复驱动构件包括与每个桨叶关联的机械致动器，其中所述机械致动器延伸以延伸关联的桨叶。
119.根据条款113-118任一项所述的仪器，其中每个桨叶包括偏置构件，所述偏置构件定位和配置成使每个桨叶朝向或离开所述裂解区偏置。
120.根据条款113-119任一项所述的仪器，其中所述至少两个桨叶尺寸确定成和定位成基本上接触整个裂解区。
121.根据条款113-120任一项所述的仪器，其中所述桨叶中的一个或多个包括温度控制元件。
122.根据条款113-121任一项所述的仪器，其中所述温度控制元件是加热器、冷却器、珀耳帖装置、电阻加热器、感应加热器、电磁加热器、薄膜加热器、印刷元件加热器或正温度系数加热器中的一种或多种。
123.根据条款113-122任一项所述的仪器，其中所述至少两个桨叶配置成一起延伸以从所述裂解区域推送流体。
124.根据条款113-123任一项所述的仪器，其中所述珠磨部件包括围绕中心轴不对称地布置并由电机驱动的多个至少三个搅打臂。
本发明的实施例的附加特征和优点将在下面的描述中阐述，或者可以通过这样的实施例的实施来学习。借助于所附权利要求中特别指出的仪器和组合可以实现和获得这样的实施例的特征和优点。这些和其他特征将从以下描述和所附权利要求变得更加明显，或者可以通过下文所述的这样的实施例的实施来学习。
附图说明
为了描述可以获得本发明的上述和其他优点和特征的方式，将通过参考在附图中示出的其具体实施例来呈现上面简要描述的本发明的更具体描述。应当理解，这些附图仅描绘了本发明的典型实施例，因此不应认为是对其范围的限制，本发明将通过使用附图对附加特征和细节进行描述和解释，其中：
图1是示出根据本发明的一个实施例的用于快速提取和分析或识别微生物或核酸的典型工作流程的流程图。
图2示出了可用于独立pcr的挠性袋。
图3a是与图2的袋一起使用的仪器的分解透视图，包括图2的袋。
图3b是根据本发明的实施例的与图2的袋一起使用的另一仪器的分解透视图，包括图2的袋。
图4示出了图3a的仪器的部分横截面图，包括图3a的气囊部件以及图2的袋。
图5是根据本发明的实施例的图2的袋的配件的端视图，示出了多个通道和密封件位置。
图6a和6b示出了根据本发明的实施例的与图2的袋一起使用的热密封系统；图6a示出了热密封系统的前视图，并且图6b示出了相对于图6a的视图旋转90°的热密封系统的俯视图。
图7a-7c示出了根据本发明的实施例的与图6a和6b的热密封系统一起使用的加热器的视图。
图8示出了根据本发明的实施例的具有盖的图6a和6b的热密封系统的实施例。
图9示出了根据本发明实施例的用于将流体从配件移动到图2的袋的泡状结构中的推送系统的透视图。
图9a-9d示出了根据本发明的实施例的推送系统的视图。
图10a和10b示出了根据本发明的实施例的另一推送系统的视图。
图11a和11b示出了根据本发明的实施例的另一推送系统的视图。
图12a-12c示出了根据本发明的实施例的另一推送系统的部件的视图。
图13示出了在图3a和3b的仪器的一个说明性实施例中使用的电机。
图14示出了在图3a和3b的仪器的一个说明性实施例中使用的电机的替代实施例。
图14a是图14的电机的横截面图。
图14b示出了可以在图3a和3b的仪器中使用的电机和加压板的另一替代实施例的分解透视图。
图14c-14e示出了可以在图3a和3b的仪器的一个说明性实施例中使用的电机的替代实施例。
图14f示出了不对称珠搅打执行器的实施例。
图15a-15k示意性地示出了根据本发明实施例的采用移动磁体系统的磁珠再水合、核酸回收、洗涤和洗脱的方法。
图16a和16b示出了根据本发明的实施例的移动磁体系统的实施例。
图17a和17b示出了根据本发明的实施例的移动磁体系统的另一实施例。
图17c示出了根据本发明的实施例的移动磁体系统的实施例。
图18a和18b示出了根据本发明的实施例的移动磁体系统的另一实施例。
图19a和19b示出了根据本发明的实施例的移动磁体系统的另一实施例。
图20a-20h示意性地示出了根据本发明的实施例的用于在图2的袋中移动流体的方法，所述方法采用一系列连接的加压构件和密封件。
图21a-21c示出了根据本发明的实施例的在图20a-20h中采用的加压构件和密封件。
图21d-21e示出了根据本发明的实施例的顶部“眉毛”形密封件和驱动构件。
图22a-b和图23a-23b示出了根据本发明的实施例的前面板衬垫。
图23c示出了可以包括在图22a-b和图23a-23b的前面板衬垫上的特征的实施例。
图24示出了根据本发明的实施例的可以在图3b的仪器中使用的可充气气囊。
图25a-25c示出了根据本发明的实施例的可以在图3b的仪器中使用的另一可充气气囊。
图26示出了根据本发明的实施例的可以在图3b的仪器中使用的另一可充气气囊。
图27示出了根据本发明的实施例的可以在图3b的仪器中使用的另一可充气气囊。
图28a和28b示出了可充气气囊的替代实施例。
图29示出了根据本发明的实施例的可以与图3b的仪器一起使用的旋转加热器。
图30示出了用于加载图2的袋的加载站，包括图2的袋。
图31示出了用于将样品加载到图2的袋中的样品瓶。
图32示出了用于向图2的袋提供水合流体的水合瓶。
图33示出了与图30相当的加载站，但显示了不同加载站配置和与加载站一起使用的瓶。
图34示出了图33的样品瓶的一部分以及样品瓶如何嵌合到图33的加载站的样品瓶接收器。
图35示出了图33的水合瓶的一部分以及水合瓶如何嵌合到图33的加载站的水合瓶接收器。
图36a-38示意性地示出了根据本发明的实施例的具有定位在泡状结构之间的过滤器元件的图2的袋的实施例。
图39a-c和40a-d示意性地示出了与图30相当的加载站，但显示了不同的加载站配置和与该加载站一起使用的瓶。
图41a是在仪器子组件和可以在仪器中运行的袋的背景下的桨叶式珠搅打器系统的等距视图。
图41b是图41a的桨叶式珠搅打器系统和仪器子组件的后视图。
图42a是图41a的桨叶式珠搅打器系统的等距视图。
图42b是图42a的桨叶式珠搅打器系统的俯视图。
图42c是图42a和42b的桨叶式珠搅打器系统的驱动系统的俯视图。
图43a是桨叶式珠搅打器系统的另一实施例的等距视图。
图43b是图43a的桨叶式珠搅打器系统的侧透视图。
图43c是图43a和43b的桨叶式珠搅打器系统的驱动轴的侧透视图。
图44a和44b示出了桨叶式珠搅打器系统的替代实施例。
图45示出了具有四个桨叶的桨叶式珠搅打器系统的实施例。
图46示出了具有三个桨叶的桨叶式珠搅打器系统的实施例。
图47是示出随珠搅打器类型而变的各种样品靶标的交叉点(cp)数据的图形。
图48a-48c是示出与filmarray珠搅打和cp相比在桨叶式珠搅打的不同速度下裂解的不同细胞类型的交叉点(cp)的图形。
图49示出了根据本发明的一个实施例的由音圈电机驱动的裂解装置的实施例。
图50a和50b示出了根据本发明的一个实施例的裂解装置的另一实施例。
图51a和51b示出了根据本发明的实施例的可以在本文所述的仪器中使用的加压构件的另一实施例。
图52a和52b示出了根据本发明的实施例的可以在本文所述的仪器中使用的密封件的另一实施例。
具体实施方式
以下参考附图描述说明性实施例。在不脱离本公开的精神和教导的情况下，许多不同的形式和实施例是可能的，因此本公开不应被解释为限于本文阐述的说明性实施例。相反，提供这些说明性实施例是为了使本公开彻底和完整，并且将本公开的范围传达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚起见，可能夸大各层和区域的尺寸和相对尺寸。在整个说明书中相同的附图标记表示相同的元件。
除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，诸如在常用词典中定义的那些术语应当被解释为具有与其在本申请和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不应当在理想化或过于形式意义上被解释，除非在本文明确定义。本文在本发明的描述中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不是要限制本发明。尽管与本文描述的那些类似或等同的许多方法和材料可以用于本公开的实施中，但本文仅描述了某些示例性材料和方法。
本文提及的所有出版物、专利申请、专利或其他参考文献均以引用的方式整体并入。在术语冲突的情况下，以本说明书为准。
可以参考一个或多个示例性实施方式来说明本公开的各个方面，包括装置、系统、方法等。如本文所使用的，术语“示例性”和“说明性”表示“用作示例、实例或说明”，并且不应被解释为比本文公开的其他实施方式更优选或更具优势。另外，提及本公开或发明的“实施方式”或“实施例”时包括对其一个或多个实施例的具体指代，反之亦然，并且旨在提供说明性示例而不限制本发明的范围，本发明的范围由所附条款表示，而不是由以下描述表示。
应当注意，如在本说明书和所附条款中所使用的，单数形式“a(一)”，“an(一个)”和“所述”包括复数指代对象，除非内容另有明确说明。因此，例如，提及“atile(瓦片)”时包括一个、两个或更多个瓦片。类似地，除非内容和/或上下文另有明确规定，否则提及多个指代对象时应当被解释为包括单个指代对象和/或多个指代对象。因此，提及“tiles(瓦片)”时不一定需要多个这样的瓦片。相反，应当领会不依赖于动词的词形变化形式；本文考虑了一个或多个瓦片。
如在整个本申请中所使用的，词语“可以”和“可能”在允许的意义上使用(即，表示具有可能)，而不是在强制意义上使用(即，表示必须)。另外，术语“包括”，“具有”，“涉及”，“包含”，“特征在于”，其变体(例如，“包括”，“具有”，“涉及”，“包含”等)，以及本文(包括条款)中使用的类似术语应当是包容性的和/或开放性的，应当具有与词语“包括”及其变体(例如“包括”和“包含”)相同的含义，并且不排除附加的、未叙述的元件或方法步骤。
如本文所使用的，方向术语和/或任意术语，例如“顶部”，“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”、“靠上”、“靠下”、“内”、“外”、“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“近侧”、“远侧”、“正向”、“反向”等可以仅用于指示相对的方向和/或取向并且可以不以其他方式限制本公开(包括说明书，发明和/或条款)的范围。
应当理解，当一个元件被称为“联接”、“连接”或“响应于”另一元件或在另一元件“上”时，它可以直接联接、连接或响应于另一元件或在另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接联接”，“直接连接”或“直接响应于”另一元件或“直接在”另一元件上时，不存在中间元件。
本文参考横截面图描述了本发明构思的说明性实施例，所述横截面图是说明性实施例的理想化实施例(和中间结构)的示意图。因而，可以预期由于例如制造技术和/或公差导致的图示形状的变化。因此，本发明构思的说明性实施例不应被解释为限于本文示出的区域的特定形状，而是包括例如由制造导致的形状偏差。因此，附图中示出的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不旨在示出装置的某个区域的实际形状，并且不旨在限制说明性实施例的范围。
应当理解，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一元件。因此，在不脱离本实施例的教导的情况下，“第一”元件可以被称为“第二”元件。
还应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，本文描述的各种实施方式可以与描述或公开的任何其他实施方式结合使用。因此，在不脱离本公开的范围的情况下，根据本公开的某些实施方式的产品、构件、元件、装置、设备、系统、方法、过程、组合物和/或试剂盒可以包括、包含或以其他方式包括本文公开的其他实施方式(包括系统、方法、装置和/或类似物)中描述的性质、特征、部件、构件、元件、步骤和/或类似物。因此，提及与一个实施方式有关的特定特征不应被解释为仅限于在所述实施方式中的应用。
本文使用的标题仅用于组织目的，并不意味着用于限制说明书或条款的范围。为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。此外，在可能的情况下，在各幅图中已经使用了相同的元件编号。此外，特定元件的替代配置均可以包括附加到元件编号的单独字母。
本文使用的术语“约”是指大约、在范围内、大致、或左右。当术语“约”与数值范围结合使用时，它通过扩展所述数值的上下边界来修改该范围。通常，术语“约”在本文中用于使所述值之上和之下的数值以5％的差异改变。当表达这样的范围时，另一实施例包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，将理解该特定值形成另一实施例。将进一步理解，每个范围的端点相对于其他端点和独立于其他端点都是重要的。
本文使用的词语“或”表示特定列表的任何一个成员，并且还包括该列表的成员的任何组合。
“样品”是指动物；来自动物的组织或器官；细胞(在受试者体内，直接取自受试者，或保持在培养物中或来自培养细胞系中的细胞)；细胞裂解物(或裂解物部分)或细胞提取物；含有一种或多种衍生自细胞、细胞材料或病毒材料的分子(例如多肽或核酸)的溶液；或含有非天然存在的核酸的溶液，其如本文所述进行测定。样品也可以是任何体液或排泄物(例如，但不限于血液、尿液、粪便、唾液、泪液、胆汁或脑脊髓液)、其可能含有或不含有宿主或病原体细胞、细胞成分或核酸。
本文使用的短语“核酸”是指天然存在的或合成的寡核苷酸或多核苷酸，无论是dna还是rna还是dna-rna杂合体，单链或双链，有义或反义，其能够通过watson-crick碱基配对杂交到互补核酸。本发明的核酸还可以包括核苷酸类似物(例如brdu)和非磷酸二酯核苷间键(例如肽核酸(pna)或硫代二酯键)。特别地，核酸可以包括但不限于dna、rna、cdna、gdna、ssdna、dsdna或其任何组合。
“探针”、“引物”或“寡核苷酸”是指具有确定序列的单链核酸分子，其可以与含有互补序列(“靶标”)的第二核酸分子碱基配对。所得杂交体的稳定性取决于长度、gc含量和发生的碱基配对的程度。碱基配对的程度受例如探针和靶标分子之间的互补程度以及杂交条件的严格程度等参数影响。杂交严格程度受诸如温度、盐浓度和有机分子(如甲酰胺)的浓度等参数的影响，并且通过本领域技术人员已知的方法确定。探针、引物和寡核苷酸可以通过本领域技术人员公知的方法以放射性、荧光或非放射性方式可检测地标记。dsdna结合染料可用于检测dsdna。应当理解，“引物”特别配置成通过聚合酶延伸，而“探针”或“寡核苷酸”可以这样配置，也可以不这样配置。
“dsdna结合染料”是指当与单链dna结合或在溶液中游离时相比当与双链dna结合时发出不同荧光的染料，通常更强烈地发荧光。尽管提及了dsdna结合染料，但应当理解本文可使用任何合适的染料，其中一些非限制性说明性染料在通过引用并入本文中的美国专利no.7,387,887中描述。其他信号产生物质可以用于检测核酸扩增和熔解，例如酶，抗体等，如本领域已知的。
“特异性杂交”是指探针、引物或寡核苷酸在高度严格条件下识别基本上互补的核酸(例如，样品核酸)并与之以物理方式相互作用(即，碱基配对)，并且基本上不与其他核酸碱基配对。
“高严格条件”是指通常在约熔解温度(tm)减去5℃(即比探针的tm低5°)下发生。在功能上，高严格条件用于识别具有至少80％序列同一性的核酸序列。
如本文所使用的，术语“交叉点”(cp)(或者，替代地，循环阈值(ct)，定量循环(cq)，或本领域中使用的同义术语)是指对于给定的pcr产物(例如，靶标或内标)获得高于某个阈值的荧光信号所需的pcr的循环数，如实验所确定的。每个反应升高到阈值以上的循环取决于pcr反应开始时存在的靶标(即反应模板)的量。阈值通常可以设定在产品的荧光信号在高于背景荧光可检测的点；然而，可以采用其他阈值。作为设定稍微任意的阈值的替代方案，可以通过计算第一、第二或第n阶导数具有其最大值的反应点来确定cp，所述最大值确定扩增曲线的曲率是最大的循环。在以引用的方式并入本文的美国专利no.6,303,305中教导了说明性导数方法。然而，只要对所有被比较的反应使用相同的阈值，通常无论阈值设定在何处或如何设定都无关紧要。如本领域中已知的，也可以使用其他点，并且在本文讨论的任何方法中，任何这样的点可以代替cp、ct或cq。
尽管pcr是本文实施例中使用的扩增方法，但应当理解使用引物的任何扩增方法都是合适的。这些合适的方法包括聚合酶链式反应(pcr)；链置换扩增(sda)；基于核酸序列的扩增(nasba)；级联滚环扩增(crca)，环介导的dna等温扩增(lamp)；等温和嵌合引物启动的核酸扩增(ican)；基于靶标的解旋酶依赖性扩增(hda)；转录介导的扩增(tma)等。因此，当使用术语pcr时，应当理解为包括其他可选的扩增方法。对于没有离散循环的扩增方法，可以使用反应时间，其中以循环或cp进行测量，并且可以增加额外的反应时间，其中在本文描述的实施例中增加额外的pcr循环。应当理解，可能需要相应地调整方案。
如本文所使用的，术语“温度控制元件”是指对样品加热或从样品移除热的装置。温度控制元件的说明性示例包括但不限于加热器、冷却器、珀耳帖装置、电阻加热器、感应加热器、电磁加热器、薄膜加热器、印刷元件加热器、正温度系数加热器及其组合。温度控制元件可以包括多个加热器、冷却器、珀耳帖等。在一个方面，给定的温度控制元件可以包括多于一种类型的加热器或冷却器。例如，温度控制元件的说明性示例可以包括珀耳帖装置，其具有应用到珀耳帖的顶面和/或底面的独立电阻加热器。尽管在整个说明书中使用术语“加热器”，但应当理解，可以使用其他温度控制元件来调节样品的温度。
尽管本文的各种实施例涉及人类靶标和人类病原体，但这些实施例仅是说明性的。本文描述的方法、试剂盒和装置可以用于检测和测序来自包括人、兽医、工业和环境的多种样品的多种核酸序列。
本文公开的各种实施例使用独立的核酸分析袋来(例如在单个封闭系统中)测定样品中各种生物物质例如抗原和核酸序列的存在。在通过引用并入本文的美国专利no.8,394,608和8,895,295和美国专利申请no.2014-0283945中更详细地公开了这样的系统，包括袋和与袋一起使用的仪器。然而，应当理解这样的袋仅是说明性的，并且本文所讨论的核酸制备和扩增反应可以使用本领域中已知的各种核酸纯化和扩增系统在本领域中已知的各种开放或封闭系统样品容器(包括96孔板，其他配置的板，阵列，转盘等)中的任何一种中进行。尽管本文使用术语“样品孔”、“扩增孔”、“扩增容器”等，但这些术语意在包括在这些扩增系统中使用的孔、管和各种其他反应容器。在一个实施例中，袋用于测定多种病原体。袋可以包括一个或多个用作样品孔的泡状结构，说明性地在封闭系统中。说明性地，可以在可选的一次性袋中进行各种步骤，包括核酸制备，初级大量多重pcr，初级扩增产物的稀释和二级pcr，最终进行可选的实时检测或扩增后分析，例如熔解-曲线分析。此外，应当理解，尽管可以在本发明的袋中执行各种步骤，但是对于某些用途可以省略一个或多个步骤，并且可以相应地改变袋配置。
本文描述了各种部件、组件和子组件。尽管参考图3a的仪器800或图3b的仪器900描述了许多这些部件、组件和子组件，但是可以预期各种部件、组件和子组件是可互换的并且可以与另一仪器或其他仪器一起使用。本文考虑了所有相容的组合。
现在参考图1，示出了用于快速提取和分析并且识别可能存在于样品中的微生物或核酸(例如，未知的微生物或核酸)的一般工作流程100的概述。可以使用多种独立仪器和装置手动执行工作流程100的步骤。然而，优选地，一些或所有步骤可以使用独立核酸测定装置(即“袋”)自动操作，所述装置在本文中参考以下附图及其随附的描述进行详细描述。包括袋和与袋一起使用的仪器的这样的自动化系统在通过引用并入本文的美国专利no.8,394,608和8,895,295以及美国专利申请no.2014-0283945中更详细地公开。在本文中将更详细地描述工作流程100的流程图中描述的每个步骤。
在第一步骤中，工作流程100包括提供样品的步骤110。如以上定义部分中详细定义的，样品可以是被怀疑含有生物体或核酸或核酸的等位基因并且可以根据本文所述的测定和系统鉴别的基本任何材料(例如，体液，表面拭子，环境样品等)。
在第二步骤中，工作流程100包括样品制备的步骤115。样品制备可以根据步骤110中提供的样品类型而变化。例如，可以不同于粪便样品的方式制备血液样品，并且还可以不同的方式处理痰或唾液样品。取决于工作流程，可以提供水、样品缓冲液或另一种流体用于在分析之前水合或稀释样品。同样地，样品的制备可以包括添加例如但不限于缓冲剂、稳定剂、蛋白酶、dna酶、dna酶抑制剂、rna酶、rnase抑制剂、溶菌酶、还原剂等组分。替代地，这样的组分可以包括在样品缓冲液中，或者可以在样品经过进一步的样品制备(例如在袋中进行下游样品制备)之后在下游加入。应当理解，这样的添加剂的选择取决于样品类型和所需的进一步处理。应当理解，在一些实施例中某些样品类型可能在后续步骤之前不需要任何样品制备，并且可以省略样品制备步骤。
在第三步骤中，工作流程100包括提供样品容器(说明性地为袋)的步骤120。袋和袋的外部和内部部件将在下面详细描述。然而，简而言之，说明性袋是独立的测定装置，其配置用于分析和识别可能在样品中的靶标微生物和/或核酸。优选地，袋包含冷冻干燥的试剂、酶、引物等，用于分析和识别可能在样品中的靶标微生物和/或核酸。在一个实施例中，袋包括所谓的“配件”，其配置成在由袋限定的隔离的内部封套中接收样品和水合缓冲液。在一个实施例中，配件可以包括离散的流体处理区域，用于容纳样品和用于进行靶标微生物和/或核酸的分析和识别的试剂。
在第四和第五步骤中，工作流程100包括将样品和水合溶液(例如水)注入配件中的步骤125和130。在一个实施例中，配件配置成使得其自动加载样品和水合溶液到用于容纳样品和试剂的离散的流体处理区域中。下面将在示例2中详细描述说明性配件的配置和用于装载袋的说明性程序。
在将样品和水合溶液加载到袋中的情况下，可以将袋装载到仪器中以用于随后的自动化处理。用于在样品处于袋中时处理和分析样品的各系统和方法在下文中详细描述。然而，简而言之，说明性工作流程100包括裂解微生物或细胞(如果存在)以释放核酸(例如dna和/或rna)以用于下游扩增和检测的步骤135。如下面将详细讨论的，可以在袋中用珠搅打步骤完成裂解。此外，工作流程100包括核酸回收的步骤140，其中从微生物或细胞释放的核酸从其环境回收。如下面将详细讨论的，可以用特殊包被的磁珠从裂解物回收核酸；可以用仪器中包括的磁体回收磁珠。此外，工作流程100包括步骤145，其中洗涤回收的核酸以除去来自裂解物的碎片，随后从磁珠洗脱核酸。如下面将详细讨论的，可以使用磁珠和磁体的组合来完成洗涤和洗脱程序。在洗脱之后，工作流程100包括第一pcr步骤150和独立的第二pcr步骤155，在第一pcr步骤150中核酸被扩增，在第二pcr步骤155中，来自步骤150的扩增的核酸被稀释，然后进一步特异性扩增并测定，用于检测160来自步骤110中获得的样品中的靶标核酸的存在。第一和第二pcr步骤以及来自样品的靶标核酸的检测在下面和上面引用作为参考的专利申请中详细讨论。
应当理解，图1的工作流程仅是说明性的，并且可以省略或组合一些步骤。
现在参考图2，示出了说明性袋510，其可以在各实施例中使用，或者可以重新配置用于各实施例。袋510类似于美国专利no.8,895,295的图15，其中相同的项编号相同。配件590设置有入口通道515a至515l，其也用作试剂储存器或废物储存器。如下面将详细解释的，配件590用作加载附件，用于将样品和试剂从该配件引入封闭的袋环境中。说明性地，试剂可以在配件590中冷冻干燥并在使用前再水合。泡状结构522、544、546、548、564和566以及它们相应的通道514、538、543、552、553、562和565类似于美国专利no.8,895,295的图15中相同编号的泡状结构。图2的第二阶段反应区580类似于美国专利申请no.8,895,295的第二阶段反应区，但是高密度阵列581的第二阶段孔582以稍微不同的图案布置。图2的高密度阵列581的更圆的图案消除了边角处的孔并且可以导致第二阶段孔582的更均匀填充。如图所示，高密度阵列581设置有102个第二阶段孔582。袋510适用于
尽管可以使用其他容器，但是说明性地，袋510由可通过本领域已知的任何工艺(包括挤出，等离子体沉积和层压)制备的两层挠性塑料膜或其他挠性材料(例如聚酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，聚碳酸酯，聚丙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，以及它们的混合物)形成。也可以使用具有铝层压的金属箔或塑料。本领域已知可以密封在一起以形成泡状结构和通道的其他隔绝材料。如果使用塑料膜，则可以说明性地通过热封将这些层结合在一起。说明性地，该材料具有低核酸结合能力。
对于采用荧光监测的实施例，优选在工作波长下吸光度和自发荧光均足够低的塑料膜。可以通过测试不同的塑料、不同的增塑剂和复合比以及薄膜的不同厚度来识别这样的材料。对于具有铝或其他箔层压的塑料，待由荧光检测装置读取的袋的部分可以没有箔。例如，如果在袋510的第二阶段反应区580的第二阶段孔582中监测荧光，则孔582处的一层或两层将没有箔。在pcr的示例中，由约0.0048英寸(0.1219mm)厚的聚酯(mylar，dupont，wilmingtonde)和0.001-0.003英寸(0.025-0.076mm)厚的聚丙烯膜形成的膜层压件表现良好。说明性地，袋510由能够透射大约80％-90％的入射光的透明材料制成。
在说明性实施例中，通过在泡状结构和通道上施加压力(例如气动压力)使材料在泡状结构之间移动。因此，在采用压力的实施例中，袋材料说明性地具有足够挠性以允许压力具有期望的效果。术语“挠性”在本文中用于描述袋的材料的物理特性。术语“挠性”在本文中定义为可通过本文所用的压力水平容易地变形而不会破裂、断裂、开裂等。例如，薄的塑料片例如sarantm包装和
说明性地，塑料膜用于袋510。可以研磨或以其他方式切割金属薄片，说明性地为铝或其他合适的材料，以产生具有凸起表面的图案的模具。当装配到气动压机(例如a-5302-pds，janesvilletoolinc.，miltonwi)时，例如在195℃的操作温度下调节，气动压机像印刷机一样工作，仅熔化模具接触膜处的塑料膜的密封表面。当形成袋510时，各种组分例如pcr引物(说明性地点在膜上并干燥或以干粉或丸形式提供)、抗原结合基质、磁珠和硅酸锆珠可以密封在各泡状结构内。用于样品处理的试剂可以在密封之前集中地或分开地点在膜上。在一个实施例中，核苷三磷酸(ntp)与聚合酶和引物分开提供，基本上消除了聚合酶的活性，直到反应被含水样品水合。如果含水样品在水合之前已经被加热，则这为真正的热启动pcr创造了条件，并减少或消除了对昂贵的化学热启动组分的需求。
袋510可以以与美国专利no.8,895,295中描述的方式类似的方式使用。在一个说明性实施例中，将包含待测样品(100μl)和裂解缓冲液(200μl)的300μl混合物注入配件590中入口通道515a附近的注入口(未显示)，并将样品混合物抽取到入口通道515a中。水也被注入到配件590与入口通道515l相邻的第二注入口(未示出)中，并且经由设置在配件590中的通道(未示出)分配，由此水合多达十一种不同的试剂，每种试剂都是先前在入口通道515b至515l处以干燥形式提供。这些试剂说明性地可以包括冷冻干燥的pcr试剂，dna提取试剂，洗涤溶液，免疫测定试剂或其他化学实体。说明性地，试剂用于核酸提取，第一阶段多重pcr，多重反应系的稀释，第二阶段pcr试剂的制备，以及对照反应。在图2所示的实施例中，所有需要注入的是在一个注入口中的样品溶液和在另一注入口中的水。注入之后，可以密封两个注入口。有关袋510和配件590的各种配置的更多信息，参见已通过引用并入本文的美国专利no.8,895,295。
图3a示出了可以与袋510一起使用的说明性仪器800的分解图。仪器800包括支撑构件802，其可以形成壳体的壁或安装在壳体内。仪器800还可以包括第二支撑构件(未示出)，其可以与支撑构件802相对定位，使得袋可以由支撑构件保持就位。在一个实施例中，第二支撑构件可选地相对于支撑构件802可移动，以允许袋510的插入和取出。说明性地，一旦袋510已插入仪器800中，盖(未示出)可以覆盖袋510。在另一实施例中，两个支撑构件可以是固定的，袋510通过其他机械装置或通过气动压力固定就位。
如下面将详细讨论的，仪器800包括可以用于将样品和试剂从袋510的配件移动到袋的泡状结构中的活塞阵列869(例如，气动活塞阵列)，以及可以用于在袋510中的泡状结构之间移动流体的气囊组件808。活塞阵列869和气囊组件808可以流体联接到压缩气体源895。仪器800还包括光学阵列，其可以用于例如在袋510的一个或多个区域中激发荧光并收集荧光数据。仪器800还包括计算机894，其可以链接到仪器800的一个或多个部件以进行控制和数据收集。可以理解，计算机可以是独立装置，也可以是板载cpu。
下面在实施例2中详细讨论了用于在配件中用样品和试剂的水合缓冲液填充袋(例如，袋510)的程序。当将袋510放置在仪器800中时，袋510可以与仪器的各系统和子组件接触，所述仪器的各系统和子组件例如实现流体移动、细胞裂解、核酸回收、第一阶段pcr、第二阶段pcr和荧光检测。在将袋510插入仪器中之后，可以用热密封装置密封注入口和配件，以防止流体回流出注入口并防止配件中的试剂混合。在密封之后，可以使用活塞阵列869将样品从配件注入裂解泡状结构中。
图3a示出了延伸通过槽804以接触袋510的珠搅打器组件的一部分。珠搅打器组件定位在裂解泡状结构522附近并且可以用于裂解样品中的细胞。珠搅打器组件可以安装在图3a中所示的仪器800的支撑构件802的第一侧811上。叶片、搅打臂等可以延伸通过槽804以接触袋510。珠搅打器组件包括驱动电机，所述驱动电机配置用于驱动叶片或搅打臂。在一个说明性实施例中，电机是安装在支撑构件802上的mabuchirc-280sa-2865dc电机(日本千叶)。在一个说明性实施例中，电机转速为5,000至25,000rpm，更说明性地为10,000至20,000rpm，更加说明性地为约15,000至18,00rpm。对于mabuchi电机，已发现7.2v提供足够用于裂解的rpm。然而，应当理解，当叶片冲击袋510时，实际速度可能稍慢。取决于所使用的电机和桨叶，其他电压和速度也可用于裂解。可选地，可以在邻近裂解泡状结构522的气囊822中提供受控的少量空气。已经发现，在一些实施例中，用一份或多份少量空气部分填充相邻气囊有助于在裂解过程期间定位和支撑裂解泡状结构。替代地，其他结构，例如裂解泡状结构522周围的刚性或柔性衬垫或其他保持结构，可以用于在裂解期间约束袋510。还应当理解，珠搅打器电机仅是说明性的，其他装置可用于研磨，摇动或涡旋样品。
尽管以上讨论了使用旋转叶片或桨叶的冲击，但是应当理解，用于摇动或涡旋样品的珠磨部件的其他实施例也是可以预期的。在一个实施例中，搅打棒可以用包括滚珠轴承和滚柱轴承的轴承代替。
一旦样品材料被充分裂解，将样品移动到核酸提取区，说明性地通过通道538移动到泡状结构544，并通过通道543移动到泡状结构546，在泡状结构546处样品与核酸结合物质(例如二氧化硅包被磁珠)混合。替代地，磁珠533可以通过通道543移动到泡状结构544，然后通过通道538移动到泡状结构522。允许混合物培育适当的时长，例如大约10秒到10分钟。位于仪器内邻近泡状结构546的可伸缩磁体从溶液捕获磁珠533，在泡状结构546的内表面上形成丸粒。如果在泡状结构522中进行培育，则溶液的多个部分可能需要移动到泡状结构546以便捕获。液体然后从泡状结构546移出并通过泡状结构544返回并进入泡状结构522，泡状结构522现在用作废物容器。来自一个或多个注入通道515c至515e的一种或多种洗涤缓冲液经由泡状结构544和通道543提供至泡状结构546。可选地，缩回磁体并通过经由通道543从泡状结构544和546来回移动磁珠533来洗涤磁珠。一旦洗涤磁珠533，通过启动磁体将磁珠533重新捕获在泡状结构546中，然后将洗涤溶液移动到泡状结构522。可以根据需要重复该过程以从核酸结合磁珠533清除裂解缓冲液和样品碎片。
应当理解，每种样品类型具有不同的挑战。孢子可能需要显著的珠搅打以用于裂解，但对基因组dna这可能会产生问题，基因组dna可能会被相同量的珠搅打剪切。在综合组方法(syndromicpanelapproach)中，可能会测试同一混合物中的病毒、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真核生物全部。而且，即使对于细菌测试，也可能会测试基因组序列和质粒携带的序列。单一的珠搅打方案可能不适用于所有样品类型。
因此，可以使用采用多个珠磨步骤的珠搅打方案，每个步骤之后是一个收集步骤。在该实施例中，珠研磨在泡状结构522中进行足以裂解大部分较容易裂解的结构的第一时长。然后可以将一些或所有样品移动到泡状结构546以将释放的核酸捕获到磁珠533上。然后可以将剩余的样品进行珠磨，并持续另外的时长，可选地以更高的速度，以裂解较坚韧的样品，随后捕获。如果需要，可以进行进一步的珠搅打，然后在磁珠上捕获，直到较坚韧的样品例如孢子和卵囊被裂解，核酸被捕获。这样的多个珠磨步骤允许捕获更长的核酸，同时仍然提供对较坚韧的样品的裂解。应当理解，可以基于样品类型以及样品中可能存在的靶标类型来调节珠磨的时长和强度以及珠磨数量和捕获循环数。还应当理解，这样的方法可以用于任何样品容器中，并在任何其他样品容器中收集。尽管在裂解区中进行珠磨并且在核酸提取区中进行收集的封闭系统仅是说明性的。
洗涤之后，将储存在注入通道515f处的洗脱缓冲液移动到泡状结构548，并缩回磁体。该溶液经由通道552在泡状结构546和548之间循环，破坏泡状结构546中的磁珠533的丸粒，并允许捕获的核酸与磁珠解离并进入溶液。再次启动磁体，捕获泡状结构546中的磁珠533，并将洗脱的核酸溶液移动到泡状结构548中。
再次参考图2，来自注入通道515g的第一阶段pcr主混合物与泡状结构548中的核酸样品混合。可选地，通过经由通道553在548和564之间推动混合物来混合混合物。在几轮混合之后，该溶液被包含在泡状结构564中，其中提供第一阶段pcr引物的丸粒(每个靶标至少一组引物)，并进行第一阶段多重pcr。如果存在rna靶标，则可以在第一阶段多重pcr之前或同时进行rt步骤。仪器中的第一阶段多重pcr温度循环说明性地进行15-20个循环，但是根据具体应用的要求，可能需要其他水平的扩增。如本领域已知的，第一阶段pcr主混合物可以是各种主混合物中的任何一种。在一个说明性实例中，第一阶段pcr主混合物可以是通过引用并入本文的us2015/0118715中公开的任何化学品，用于与每个循环进行20秒或更少的pcr方案一起使用。
在第一阶段pcr进行所需数量的循环之后，可以将样品稀释，说明性地通过使大部分样品回到泡状结构548中，仅在泡状结构564中留下少量，并从注入通道515i添加第二阶段pcr主混合物。替代地，可以将来自515i的稀释缓冲液移动到泡状结构566，然后通过在泡状结构564和566之间来回移动流体而与泡状结构564中的扩增样品混合。如果需要，可以使用来自注入通道515j和515k的稀释缓冲液重复稀释数次，或注入通道515k可以保留用于测序或用于其他pcr后分析)，然后将来自注入通道515h的第二阶段pcr主混合物添加到一些或全部稀释的扩增样品。应当理解，可以通过改变稀释步骤的数量或通过改变在与稀释缓冲液或包含用于扩增的组分(例如聚合酶、dntp和合适的缓冲液，但是其他组分可能是合适的，特别是对于非pcr扩增方法)的第二阶段pcr主混合物混合之前丢弃的样品的百分比来调节稀释水平。如果需要，样品和第二阶段pcr主混合物的这一混合物可以在移动到第二阶段孔582进行第二阶段扩增之前在泡状结构564中预热。这样的预热可以避免在第二阶段pcr混合物中需要热启动组分(抗体，化学品或其他物质)。
说明性的第二阶段pcr主混合物是不完整的，缺少引物对，并且102个第二阶段孔582的每一个预加载有特异性pcr引物对。如果需要，第二阶段pcr主混合物可以缺少其他反应组分，并且这些组分也可以预加载在第二阶段孔582中。每个引物对可以与第一阶段pcr引物对相似或相同，或者可以嵌套在第一阶段引物对中。样品从泡状结构564移动到第二阶段孔582完成pcr反应混合。一旦填充了高密度阵列581，就可以通过本领域已知的任何数量的手段将各个第二阶段反应系密封在它们相应的第二阶段泡状结构中。在已通过引用并入的美国专利no.8,895,295中讨论了填充和密封高密度阵列581而没有交叉污染的说明性方法。说明性地，高密度阵列581的孔582中的各反应系同时进行热循环，说明性地使用一个或多个珀耳帖装置，但是用于热循环的其他装置在本领域中是已知的。举例来说，一对加热/冷却装置(例如珀耳帖加热器)安装在支撑件802的第二侧814。第一阶段加热器886定位成加热和冷却用于第一阶段pcr的泡状结构548、564中的一者或两者的内容物。第二阶段加热器888定位成加热和冷却用于第二阶段pcr的袋510的第二阶段泡状结构582的内容物。然而，应当理解，这些加热器也可以用于其他加热目的，并且可以包括适合于特定应用的其他加热器。
在某些实施例中，第二阶段pcr主混合物含有dsdna结合染料
当使用气动压力来移动袋510内的材料时，在一个实施例中，可以使用“气囊”。气囊组件810(其一部分在图3a和4中示出)包括容纳多个可充气气囊822、844、846、848、864和866的气囊板824，每个气囊可以单独地充气，例如通过压缩气体源。由于气囊组件810可以经受压缩气体并且多次使用，因此气囊组件810可以由比袋较坚韧或更厚的材料制成。替代地，气囊822、844、846、848、864和866可以由用衬垫、密封件、阀和活塞紧固在一起的一系列板形成。其他布置也在本发明的范围内。
第二pcr反应的成功取决于第一阶段多重反应生成的模板。通常，使用高纯度的dna进行pcr。诸如苯酚提取或商业dna提取试剂盒的方法提供高纯度的dna。通过袋510处理的样品可能需要进行调整以补偿较不纯的制剂。生物样品的组分可能会抑制pcr，这是潜在的障碍。说明性地，热启动pcr、更高浓度的taq聚合酶、mgcl2浓度的调节、引物浓度的调节和佐剂(例如dmso、tmso或甘油)的添加可选地可用于补偿较低的核酸纯度。尽管纯度问题可能更多地是关于第一阶段扩增的问题，但是应当理解，也可以在第二阶段扩增中提供类似的调节。
当将袋510放置在仪器800内时，将气囊组件810压靠在袋510的一个面上，使得如果特定的气囊充气膨胀，则压力将迫使液体从袋510中的相应泡状结构流出。除了对应于袋510的许多泡状结构的气囊之外，气囊组件810可以具有对应于袋510的各通道的附加气动致动器，例如气囊或气动驱动的活塞。图3a和图4示出了对应于袋510的通道538、543、553和565的示例性多个活塞或硬密封件838、843、852、853和865，以及最小化回流到配件590中的密封件871、872、873、874。当启动时，硬密封件838、843、852、853和865形成夹管阀以夹紧和关闭相应的通道。为了将液体限制在袋510的特定泡状结构内，硬密封件在通向泡状结构和来自泡状结构的通道上被启动，使得致动器用作夹管阀以夹紧通道关闭。说明性地，为了混合不同的泡状结构中的两个体积的液体，密封连接通道的夹管阀致动器被启动，并且泡状结构上的气动气囊被交替加压，迫使液体来回通过连接泡状结构的通道以在其中混合液体。夹管阀致动器可以具有各种形状和尺寸，并且可以配置成一次夹闭超过一个通道。尽管本文讨论了气动致动器，但是应当理解，可以设想向袋提供压力的其他方式，包括各种机电致动器，例如线性步进电机，电动凸轮，由气动、液压或电磁力驱动的刚性桨叶，辊，摇臂，以及在某些情况下，旋塞弹簧。另外，除了施加垂直于通道轴线的压力之外，还有多种可逆或不可逆地关闭通道的方法。这些包括在通道扭结袋、热封、滚动致动器以及密封在通道中的各种物理阀例如蝶阀和球阀。另外，小的珀耳帖装置或其他温度调节器可以放置在通道附近并且设定在足以冷冻流体的温度，有效地形成密封件。而且，尽管图3a的设计适用于具有位于每个泡状结构和通道上的致动器元件的自动化仪器，但是也可以预期致动器可以保持固定，并且袋510可以在一维或二维中转变，使得少量致动器可用于若干处理站，包括样品破碎、核酸捕获、第一和第二阶段pcr、以及袋510的其他应用，例如免疫测定和免疫pcr。作用在通道和泡状结构上的辊可以被证明在其中袋510在站之间平移的配置中特别有用。因此，尽管在当前公开的实施例中使用气动致动器，但是当在本文中使用术语“气动致动器”时，应当理解，可以使用其他致动器和提供压力的其他方式，这取决于袋和仪器的配置。
其他现有技术仪器教导在密封的挠性容器内的pcr。参见，例如，通过引用并入本文的美国专利no.6,645,758和6,780,617，以及美国专利申请no.2014/0038272。然而，在密封pcr容器内包括细胞裂解可以改善易用性和安全性，特别是如果待测样品可能含有生物危害。在本文所示的实施例中，来自细胞裂解的废物以及来自所有其他步骤的废物保留在密封袋内。然而，应当理解，可以移除袋内容物以进行进一步测试。
在说明性仪器800中，加热器886和888安装在支撑构件802上。然而，应当理解，该布置仅是说明性的，并且其他布置也是可能的。气囊板810与气囊822、844、846、848、864、866、硬密封件838、843、852、853、密封件871、872、873、874形成气囊组件808，可以说明性地安装在可移动支撑结构上，所述可移动支撑结构可以朝向袋510移动，使得气动致动器与袋510接触。当袋510插入仪器800中并且可移动支撑构件朝向支撑构件802移动时，袋510的各泡状结构邻近气囊组件810的各气囊和组件808的各密封件就位，使得气动致动器的启动可以推动来自袋510的一个或多个泡状结构的液体，或者可以与袋510的一个或多个通道形成夹管阀。在图4中更详细地示出了袋510的泡状结构和通道与组件808的气囊和密封件之间的关系。
每个气动致动器经由阀899连接到压缩空气源895。尽管图3a中仅示出了几个软管878，但应当理解每个气动配件均经由软管878连接到压缩气体源895。压缩气体源895可以是压缩机，或者替代地，压缩气体源895可以是压缩气筒，例如二氧化碳气筒。如果需要便携性，压缩气筒特别有用。其他压缩气体源也在本发明的范围内。
组件808说明性地安装在可移动支撑构件上，但应当理解其他配置也是可能的。
仪器810的若干其他部件也连接到压缩气体源895。磁铁850可以安装在支撑构件802的第二侧814上，说明性地使用经由软管878来自压缩气体源895的气体展开和缩回，但是在本领域中延伸和缩回磁体的其他方法是已知的。应当理解，凹部851可以是通过支撑构件802的通道，使得磁体850可以接触袋510的泡状结构546。然而，取决于支撑构件802的材料，可以理解，凹部851不需要一直延伸通过支撑构件802，条件是，当磁体850展开时，磁体850足够接近以在泡状结构546处提供足够的磁场，并且当磁体850缩回时，磁体850不会显著影响泡状结构546中存在的任何磁珠533。尽管提及伸缩磁体，但是应当理解，可以使用电磁体，并且可以通过控制通过电磁体的电流来启动和停用电磁体。因此，尽管本说明书讨论了撤回或缩回磁体，但应当理解这些术语足够宽以包含撤回磁场的其他方式。应当理解，气动连接可以是气动软管或气动空气歧管，因此减少了所需的软管或阀的数量。
气动活塞阵列869的各气动活塞868也经由软管878连接到压缩气体源895。尽管仅示出了两个软管878将气动活塞868连接到压缩气体源895，但应当理解每个气动活塞868均连接到压缩气体源895。示出了十二个气动活塞868。
当需要荧光检测时，可以提供光学阵列890。如图3a中所示，光学阵列890包括光源898(例如经过滤的led光源，经过滤的白光或激光照射)以及照相机896。照相机896说明性地具有多个光探测器，每个光探测器对应于袋510中的第二阶段孔。替代地，照相机896可以拍摄包含所有第二阶段孔582的图像，并且该图像可以被分成对应于每个第二阶段孔582的独立区域。取决于配置，光学阵列890可以是静态的，或者光学阵列890可以放置在附接到一个或多个电机的移动器上并且移动以从每个个体第二阶段孔582获得信号。应当理解，其他布置也是可能的。
如图所示，计算机894控制压缩空气源895的阀899，并因此控制仪器800的所有气动装置。计算机894还控制加热器886和888，以及光学阵列890。这些部件中的每一个示例性地经由电缆891被电连接，但是其他物理或无线连接也在本发明的范围内。应当理解，计算机894可以容纳在仪器800内或者可以在仪器800外部。此外，计算机894可以包括控制一些或所有部件的内置电路板，并且还可以包括外部计算机，例如台式机或笔记本电脑，以接收和显示来自光学阵列的数据。可以提供接口(例如键盘接口)，其包括用于输入诸如温度、循环时间等信息和变量的键。说明性地，还提供显示器892。例如，显示器892可以是led、lcd或其他这样的显示器。
图3b示出了可以与袋510一起使用的仪器900的另一个说明性实施例的分解图。仪器900包括与仪器800类似的许多特征，并且两个仪器设计成运行相同的袋(即，袋510)。然而，仪器900中的各组件已经过重新设计和重新布置，以例如增加仪器的稳健性，降低仪器的功耗，或更好地利用仪器内的空间。一些重新设计的部件实现了其中的几个目标。另外，仪器900中的一些部件可以用于相对于仪器800减少袋运行时间。
仪器900和仪器800之间的显著差异包括但不限于用特制机械系统替换用于液体移动的气动系统，添加用于增强磁珠回收的移动磁体系统，以及用多区旋转加热器(例如，三区旋转加热器)替换用于第二阶段pcr的单个珀尔帖装置。仪器900的子系统将参考图3b简要介绍并将参考附图详细讨论。
当袋510放置在仪器900中时，袋510可以与例如实现流体移动、细胞裂解、核酸回收、第一阶段pcr、第二阶段pcr和荧光检测的仪器的各系统和子组件接触。仪器900包括活塞子组件902，其可以用于将样品和试剂从袋510的配件移动到袋泡状结构中。推送系统的实施例在图9-9d、10a-10c、11a-11b和12a-12b示出并且在下面详细讨论。
仪器900还包括在仪器内部的核心子组件904，该核心子组件904包括许多物理部件。核心子组件包括珠搅打器组件912。在所示实施例中，珠搅打器组件912部分地延伸通过加压板922中的槽914；珠搅打器组件912和加压板922定位在仪器900中，使得当袋510安装在仪器900中时它们可以接触裂解泡状结构522。珠搅打器组件912和加压板922的实施例在图13-14e中示出并在下面详细讨论。
核心子组件904还包括加压构件/密封子组件909，其与加压板922一起可以用于控制袋510中的泡状结构之间的流体移动。加压板922加压构件/密封子组件909的实施例在图20a-20h和21a-21c中示出并在下面详细讨论。核心子组件904还包括可以配置用于第二阶段pcr的加热器918(例如，珀尔帖)。参考图29示出和讨论了可以在图3b的仪器中使用的第二阶段加热器的替代实施例。
仪器900还包括尺寸确定成和配置用于覆盖核心子组件904的支撑构件906。支撑构件906包括接收推送系统902的活塞的多个开口920、用于珠搅打器组件912的开口915、用于加压构件和密封件909的开口924、以及用于第二阶段pcr加热器918的开口926。支撑构件906还包括尺寸确定成和配置用于接收前面板衬垫929的开口928。由于袋510可以由挠性材料制成，因此挠性材料可能在仪器内部破裂。在一个实施例中，前面板衬垫929可以限定挠性膜或屏障，例如聚氨酯或硅树脂膜，但应当理解这些材料仅是说明性的，并且可以使用本领域已知的其他材料。期望前面板衬垫929是可清洁的，其能够经受通常用于清洁或净化核酸扩增装置的漂白剂、rnaseout或其他清洁剂的多次清洁。附加地或替代地，在一个实施例中，期望前面板衬垫929易于拆卸和更换。前面板衬垫929还在作用于袋510的泡状结构522、544、546、548、564和566的加压构件和密封件909之间提供屏障层。然而，这仅是说明性的，并且前面板衬垫929可以提供用于袋510的任何部分的屏障层，或者可以使用多个较小的膜。前面板衬垫929的实施例在图22a和22b以及23a和23b中示出并且在下面详细讨论。
仪器900还包括可以形成仪器900的前部分的门子组件908和第二支撑构件910，并且可以例如被打开以将袋(例如，袋510)插入仪器900中运行。门子组件908包括密封棒930、磁提升系统932、用于第一阶段pcr的珀耳帖加热器934、以及可充气窗口气囊936。密封棒930的实施例在图5-8中示出，磁提升系统932的实施例在图15a-k和16a-19b中示出，窗口气囊936的实施例在图24-28b中示出，并在下面详细讨论。窗口气囊936流体连接到可以用于为窗口气囊936充气的压缩气体源995。支撑构件910提供用于门子组件908的支撑结构并且包括用于密封棒930的开口938、用于第一阶段加热器的开口940、和用于窗口气囊的开口942。支撑构件910还具有压靠在袋510上并在其处于仪器900中时将其保持在适当位置的表面944。尽管门组件908可移动以允许将袋510插入仪器900中，但应当理解该配置仅是说明性的，并且设置在门组件908上的许多子组件可相对于袋510是静止的。
与仪器800一样，仪器900包括光源998(例如经过滤的led光源，经过滤的白光或激光照射)以及照相机999。照相机999说明性地具有多个光探测器，每个光探测器对应于袋510中的第二阶段孔582。替代地，照相机999可以拍摄包含所有第二阶段孔582的图像，并且图像可以被分成对应于每个第二阶段孔582的独立区域。取决于配置，照相机999和光源998可以是静止的，或者它们可以放置在附接到一个或多个电机的移动器上并且移动以从每个个体第二阶段孔582获得信号。应当理解，其他布置也是可能的。在一个实施例中，照相机999和光源998可以包含到门子组件908和支撑构件910中。
如图所示，计算机994控制仪器900的部件，例如但不限于推送系统902、核心子组件904的部件、以及门子组件的部件。计算机994还控制压缩气体源995，并且因此控制窗口气囊936的充气膨胀。这些部件中的每一个是电连接的，说明性地是经由电缆991电连接的，但是其他物理或无线连接也在本发明的范围内。应当理解，计算机994可以容纳在仪器900内或可以在外部。此外，计算机994可以包括控制一些或所有部件的内置电路板，并且还可以包括外部计算机，例如台式机或笔记本电脑，以接收和显示来自光学阵列的数据。可以提供接口(例如键盘接口)，其包括用于输入诸如温度、循环时间等信息和变量的键。说明性地，还提供显示器997。例如，显示器997可以是led、lcd或其他这样的显示器。
应当理解，仪器900的任何说明性部件和子组件可以与仪器800或与本领域已知的其他仪器一起使用。应当理解，部件和子组件的该组合仅是说明性的。
配件、注入和密封棒
参考图5，在说明性方法中，用户通过将注入装置(例如，流体连接到样品瓶的套管)插入样品注入开口563中将待测样品注入袋500的配件590中。样品通过流过第一填充通道3110和填充口3130a填充样品室592a，所述填充口3130a将样品室592a流体连接到样品注入口563和第一填充通道3110。在说明性方法中，通过将水合装置(例如，流体连接到含有诸如水或缓冲液的水合溶液的瓶的套管)插入水合注入口583中而再水合预先在腔室592b-592k中冷冻干燥的试剂。水合溶液通过沿着与填充通道3110隔开的第二填充通道3120向下流动在腔室592b-592k中水合试剂。第二填充通道3120流体连接到填充口3130b-3130k，所述填充口3130b-3130k分别专用于填充腔室592b-592k的。
在注入之后，样品可以经由注入通道515a从腔室592a移动到袋的泡状结构522(参见图2)，并且试剂可以在适当的时间经由注入通道515b-515j从腔室592b-592j移动到适当的袋的泡状结构中(在所示实施例中，腔室592k和5921不用于注入袋中，但是在一些实施例中可以使用它们)。然而，为了防止流体回流出样品注入口563和水合注入口583并防止试剂在腔室之间混合，可以在将样品和试剂注入袋中之前说明性地使用仪器中的热密封装置密封填充口3130a-3130k。可以应用于密封填充口3130a-3130j的热密封件3100a-3100j在图5中示出。密封件3100a-3100j定位成使得它们密封到填充口3130a-3130j的通路，并且可选地使腔室592b-592j彼此密封，而没有密封到注入通道515a-515j的通路。因此，可以将样品和试剂注入袋中而不会通过样品注入口563或水合注入口583损失样品或试剂，并且没有在腔室592b-592j之间混合试剂的风险。
图6a和6b示出了可以与本文所述的仪器900一起使用的热密封系统3200的实施例。图6a示出了热密封系统的前视图，并且图6b示出了相对于图6a的视图旋转90°的热密封系统的俯视图。应当理解，该热密封系统是可以用作如图3b所示的密封棒930的一个示例性密封机构，但是其他热密封装置也是可能的。热密封装置3200包括板3205，所述板3205具有可以压靠在袋510的一个表面上的内表面3210和与该内表面相对的外表面3220。例如，板3205可以作为外盖包括在仪器900中，并且板3205还可以包括除了热密封系统之外的本文所述的其他部件，例如但不限于移动磁体系统、用于一个或多个pcr步骤的加热器、观察窗等。板3205还可以包括在图6a和6b中未示出的各种电连接、辅助盖等。
在所示实施例中，热密封系统3200包括多个个体加热器3230a-3230j。如图6b中所示，每个个体加热器从板3205的内表面3210的面突出，使得加热器可以接触袋510的配件590并通过提供足够的热以在不损害配件590的完整性的情况下熔化填充口3130a-3130k到闭合而产生图5中所示的密封件3100a-3100j。应当理解，热量将取决于配件和膜中使用的塑料的确切组成。如图6b中进一步所示，每个加热器从板3205的前表面3210延伸到后表面3220。个体加热器3230a-3230j均包括在3240a-3240j处示出的电连接，其配置用于将个体加热器连接到用于热产生的电源。在一个实施例中，个体加热器可以一起连接到单个电路，或者它们均可以单独地连接使得每个加热器元件可以被独立控制和监测。在所示实施例中，加热器3230a-3230j在棒3250的帮助下联接到板3205。例如，个体加热器可以夹紧、系住或以其他方式紧固到棒3250。
参考图7a，示出了个体加热器3230。每个个体加热器3230布置在板3205中。每个个体加热器3230包括电加热器元件3310和壳体3320。电加热器元件3310可以是本领域中已知的任何类型的电阻加热器元件。例如，典型的电阻加热器可以包括但不限于电阻丝、陶瓷或蚀刻箔加热元件。例如，电加热器元件3310可以包括镍-铬(即镍铬合金)加热元件或另一典型的电阻丝加热元件。蚀刻箔元件通常由与电阻线元件相同的合金制成，但是采用减材光刻工艺制造，所述工艺以连续的金属箔片开始并以复合电阻图案结束。
在说明性实施例中，电加热器元件3310可以包括陶瓷加热元件，例如正热系数(ptc)加热元件。ptc陶瓷材料以其正热阻系数(即加热时热阻增加)而得名。尽管大多数金属在较高温度下热阻稍强，但这类陶瓷(通常是钛酸钡和钛酸铅复合材料)具有高度非线性的热响应，其中热阻率随着温度的升高呈指数增加，使得ptc材料在高于组分相关阈值温度下变为极端热阻。这种行为导致材料自调节并充当其自身的恒温器。“自调节”表示加热器的每个点独立地保持恒定温度而无需调节电子器件。“自限制”表示加热器在任何点处通常不会超过某个温度，并且不需要过热保护。
因此，当ptc材料是冷的时电流容易通过，并且当达到阈值温度时电流不容易通过。由于热阻率呈指数增加，加热器通常不能在高于所选择的组分相关阈值温度加热。在一个实施例中，ptc加热器元件配置成在12v下加热到约180℃至约220℃(例如，200℃)的范围。与通常用热电偶控制并且如果加热器或热电偶发生故障会导致过热的电阻丝材料相比，ptc加热器通常不会过热。这是当前情况下重点考虑的问题，原因是如果加热器过热，则加热器可能熔穿袋510的塑料，这可能导致运行故障，并且袋内容物可能会污染仪器。
现在参考图7b和7c，示出了两个示例性加热器设计3300和3305的侧视图。图7b中的加热器3300包括加热器元件3310、用于加热器元件3310的复合保持器3320a(例如，热稳定塑料)、以及可用于将加热器3300连接到板3205的基座3330。在所示实施例中，加热器3300还包括弹簧构件3340，所述弹簧构件环绕基座3330并且允许加热器组件3300挠性地安装在仪器中。图7c中所示的加热器3305类似于加热器3300。加热器3305包括加热器元件3310和用于加热器元件3310的复合保持器3320b(例如，热稳定塑料)。在所示实施例中，加热器组件3305可以经由夹子3360联接到基座3380。在一个实施例中，基座3380可以是板3205的一部分。在另一实施例中，基座3380可以是电路板等的一部分，其可以附接到板3205或与板3205一体形成。在所示实施例中，加热器3305包括两个电连接3350a和3350b，其可用于将加热器元件3310电连接到电源。在所示实施例中，两个电连接3350a和3350b连接到两个引脚3370a和3370b，所述引脚3370a和3370电连接到基座3380。所示实施例中的引脚3370a和3370b是所谓的“弹簧引脚”，其保持电接触并包括内部弹簧构件，所述内部弹簧构件允许加热器组件3305挠性地安装在仪器中。
在一个实施例中，可以选择弹簧3340和引脚3370a和3370b中的弹簧以在袋被封装在仪器中时调节加热器施加到袋的压力的大小。同样地，弹簧可以(至少部分地)控制加热器可以穿透到袋的塑料中的距离。例如，在给定温度下，施加到袋510的塑料的压力和熔化/密封塑料所需的时间之间存在相关性。在一个说明性实例中，选择压力的大小以允许加热器在约180℃至约220℃的温度范围(例如，200℃)说明性地在1-5秒内密封袋。在示例中，选择弹簧和加热器到仪器的安装，使得每个加热器对每个热密封点施加约0.5至2磅的压力(例如，约1lb的压力)。
现在参考图8，示出了热密封系统3200的实施例，其包括在加热器阵列3230a-3230j上的盖3400。热密封系统3200包括具有内表面3210的板3205；加热器阵列3230a-3230j布置在板3205中并从板3210的平面突出。盖3400包括尺寸确定成和配置成配合在加热器阵列3230a-3230j上的部分3420，并且可以包括尺寸确定成和配置成将盖3400粘附到板的粘合部分3430。在一个实施例中，盖3400可以由耐热且导热的材料制成。因而，盖3400可以放置在加热器阵列3230a-3230j上以保护加热器并且如果一个或多个加热器发生故障和熔穿袋，则防止熔化的塑料粘附到加热器。在一个实施例中，盖可以由在发生故障时熔化的塑料不会粘附的材料(例如，特氟隆)制成。在一个实施例中，盖3400是可现场更换的(即，用户可更换的)特氟隆密封条，其形成为配合在加热器阵列3230a-3230j上。即使加热器熔化了配件590的塑料，熔化的塑料也不会粘附到特氟隆。
在用密封系统3200密封之后，样品可以经由注入通道515a从腔室592a移动到袋的泡状结构522中。裂解泡状结构522设置有珠或颗粒534，例如陶瓷珠，并且配置成使用设置在仪器内的旋转叶片或桨叶经由冲击涡旋。通过在诸如硅酸锆(zs)珠534的裂解颗粒的存在下摇动或涡旋样品进行珠磨，是形成裂解物的有效方法。应当理解，如本文所使用的诸如“裂解”、“裂解”和“裂解物”的术语不限于破裂细胞，而是这样的术语包括诸如病毒的非细胞颗粒的破坏。
推送系统
图9-9d、10a-10c、11a-11b和12a-12b示出了推送系统的四个实施例，其包括可用于将流体移动到袋中的活塞或其他类似机构。图9示出了推送系统的实施例，其在图3b中以902示出。推送系统902可用于将流体(即，样品或试剂)从配件590移动到袋510中。为了清楚和上下文，推送系统902相对于支撑构件906、袋510和配件590示出。然而，应当理解，可以预期其他布置。
配件590包括多个腔室592a-5921，均连接到多个入口通道515a-515l。腔室592a-5921中的任何一个或全部可包含待分析的样品或冷冻干燥的试剂；冷冻干燥的试剂可以用水或水合缓冲液再水合。样品加载和试剂再水合在下面给出的示例2中详细讨论。在使用期间，样品和/或缓冲液可通过入口通道515a-515j移动到袋510中。柱塞570a-570l可以与可用于启动柱塞570a-570l以将流体从腔室592a-5921移动到袋510中的活塞或来自本文所示的推送系统的其他类似机构关联。在所示实施例中，当腔室592k和5921包括活塞570k和5701时，入口通道515k不与袋中的泡状结构流体连接，并且入口通道5151可用于从第二阶段pcr的溢流。如下面将更详细讨论的，腔室592k和5921不与注入活塞关联，但是它们可以设置有其他配置的注入活塞。
本文所示的用于将流体从配件590移动到袋510中的推送系统的所有部件可通过本领域已知的任何方式制造，例如但不限于注塑，模铸或机械加工。每个部件可以由本领域已知的任何耐用材料制成，例如但不限于金属(例如，铜铅合金或铝)，塑料(例如，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，abs，peek等)，以及金属和塑料复合材料。
再次参考图9，当将袋510放置在仪器(例如，仪器900)中时，袋510可以与例如相对于子系统定位和限制袋510的仪器的各系统和子组件接触。例如，当袋510放置在仪器900中时，袋510可以与支撑构件906和910(未示出)接触，并且配件590可以垂直于袋510并且平行于推送系统902布置。推送系统902包括突出到腔室592a-592j中的活塞2506a-2506j。活塞2506a-2506j可以通过推送系统902一次一个或多个地延伸以启动柱塞570a-579j，将流体从相应腔室移动到袋中。推送系统902配置成一次一个或多个地延伸活塞2506a-2506j以在适当的时间将流体从配件590移动到袋510中。
这在图9的腔室592a-592c处示意性地示出。在腔室592a-592c中，活塞2596a-2506c延伸以下压柱塞570a-570c。所示配件590的腔室592a-592j和5921连接到袋510的特定入口通道和泡状结构。在所示示例中，腔室592a可以包括样品，并且腔室592b-592c可以包括试剂。对柱塞570a和570b的加压可以将样品和试剂(例如，裂解缓冲液)注入到泡状结构522中(在泡状结构522中示意性地示出为液体523)并且对柱塞570c的加压可以将试剂(例如，洗涤缓冲液)注入泡状结构544中(在泡状结构544中示意性地示出为液体545)。
图9a-9d示出了推送系统902的一个实施例的内部机构。图9a-9d所示的实施例包括链条机构2502和返回机构(例如，凸轮2516和返回销2512)，其配置用于延伸和缩回个体活塞2506a-2506j。链条2502可以类似于自行车链条，以大致椭圆形图案在凹槽2510中围绕板2504旋转。为了清楚起见，在图9a-9d中仅示出了链条2502的一部分，但是应当理解，链条2502在凹槽2510中一直以环形延伸。在所示实施例中，链条2502由驱动轮2511驱动，所述驱动轮2511可以机械地联接到电机或另一动力源和导致驱动轮2511旋转和移动链条的其他机构，如本领域技术人员将理解的。在所示实施例中，链条2502包括多个特殊形状的链节(例如，链节2503a-2503c和2512)，其分别配置用于产生向下的力以使个体活塞2506a-2506j延伸并且配置用于启动机构以缩回所有的活塞。链节2503a-2503c和2512的配置将在下面更详细地讨论。
在所示的实施例中，链条2502中的三个链节2503a-2503c相对于它们周围的链节在大致垂直于链条2502的轴线的方向上凸起。如图9a-9d中所示，推送机构902还包括柱2514a-2514j，每个柱在其远端处联接到相应的柱塞2506a-2506j。柱2514a包括在其近端处的大致平坦的平台2508a和在其远端处的活塞2506a。柱2514b-2514j中的每一个包括在其近端处的成角度部分2508b-j和在其远端处的相应活塞2506b-2506j。大致平坦的平台2508a和成角度部分2508b-2508j从柱2514a-2514j在大致垂直于凸起链节2503a-2503c从链条2502的链节延伸的方向的方向上延伸。可以理解，三个链节2503a-2503c仅仅是说明性的，并且包括链条2502的推送机构可以具有更多或更少的凸起链节。
当链条2502围绕板2504旋转时，凸起链节2503a-2503c中的一个最终与柱2514a的平坦近端2508a接触。此时，凸起链节将压力施加到柱2514a的平坦近端2508a。压力迫使柱2514a在与凸起链节移动的方向相同的方向上移动(在图9a-9d中示出为向下)。具体地，在图9b所示的实施例中，当凸起链节2503a围绕板2504的第一端部2520处的曲线移动时，凸起链节2503a向下推动柱2514的平台2508a。应当理解，如本文使用的方向向下和向上是参考图9a-9d的图示，并且装置及其部件可以旋转到除图中所示的平面之外的平面中。
图9a-9d的实施例还包括活塞2506b-j。活塞2506b-j中的每一个可以包括在其近端处的成角度平台2508b-j中的一个(参见图9b-9d)。如图9b-9d中所示，每个成角度平台2508b-j的靠下侧可以位于最靠近柱2514(最靠近板2504的第一端部2520)的一侧上，并且每个成角度平台2508b-j的较高侧可以最接近板2504的第二端部2522。当凸起链节2503a-2503c移动经过链条2502上的柱2514a时，凸起链节中的一个可以与成角度平台2508b的表面连接并横向移动穿越所述表面，从成角度平台2508b的下端开始并朝上端移动。当凸起链节2503a-2503c朝向成角度平台2508b的上端前进时，凸起链节2503a可以在成角度平台2508b上施加压力(如图9b-9d中所示的向下压力)，这可以致动活塞2506b。当凸起链节2503a-2503c与每个成角度平台2508c-j连接时，该过程可以重复，直到所有活塞2506a-j都被致动。当链条2502围绕板2504旋转时，前导凸起链节(即，链节2503a)可以接触连续凸起平台2508a-2408j，并且随后的凸起链节(即，链节2503b-2503c)可以接触后面的凸起平台，例如，在图示的实施例中，凸起链节2503a-2503c可以接触多达三个凸起平台2508a-2408j，并向多达三个活塞提供推送力，向下推动多达三个活塞2506a-2505j。
图9a-9d的实施例还包括凸轮2516，在链条2502围绕板2504旋转一圈之后所述凸轮2516可用于缩回所有活塞2506a-2505j。如图9c和9d中所示，凸轮2516还包括在其内表面上的搁板2518。尽管图9a-9d所示的凸轮2516包括具有圆角的矩形形状，但是本领域技术人员将理解凸轮可以包括其他形状。例如，凸轮2516可以包括不同多边形的形状。
再次参考图9b，当链条展开活塞2506a时，柱2514a使凸轮2516向下枢转，因为它与凸轮2516的下周边接触。如图9d中所示，当链条2502围绕板2504轨道移动时，销2512沿着凸轮2516的内周边滑动；当链条沿着板2504的上表面移动时，销2512在凸轮2516上施加向上的压力，使活塞2506j-2506a缩回。如图9c和9d中所示，这发生在销2512经过成角度平台2508j朝向凸轮2516的右上角移动之后。凸轮2516因此向上摆动回避压力。当销2512继续围绕板2504旋转时，销2512沿着凸轮2516的上周边移动，并因此向凸轮2516的上周边施加压力。响应于该压力，凸轮2516向上摆动。在图9d的实施例中，当凸轮2516向上摆动时，搁板2518卡住成角度平台2508j的底表面并向上移动成角度平台2508j。替代地，每个成角度平台2508b-j可以包括本领域已知的任何类型的延伸部，当凸轮2516向上旋转时凸轮2516可以卡住所述延伸部。因此，凸轮2516向上推动成角度平台2508j，使得成角度平台2508j返回到在被销2512向下推动之前它所占据的位置。凸轮2516可以继续向上摆动并且该过程由成角度平台2508i-a按照该顺序重复。因此，活塞2506a-j中的每一个可以相对于活塞2506a-j进入腔室592a-1的顺序相反的顺序离开配件590的腔室592a-1。可以重复该过程，使活塞2506a-j插入腔室592a-1中，并从腔室592a-1移出。
在图9a-9d所示的实施例中，凸起链节2503b和返回销2512位于同一链节上。然而，应当领会，返回销2512可以定位在与凸起链节2503a、2503b或2503c不同的另一链节上，而不会影响参考9a-9d描述的活塞的展开和缩回原理。
图10a-12b示出了推送系统的替代实施例。尽管图10a-12b中所示的推送系统使用不同的机构来生成推送力，但操作原理类似于图9-9d中所示的操作原理。例如，图10a-12b中所示的每个实施例使用机械活塞一次一个地向配件590的柱塞570a-570j提供推送力(柱塞570k和570l通常不被推送，但在一些实施例中它们可以)。
现在参考图10a和10b，可用于将流体从腔室592a-1移动到袋510中的装置的另一实施例。该实施例包括多个螺栓2302a-2302j，所述螺栓2302a-2302j包括在其远端处的活塞构件2304a-2304j。螺栓2302a-2302j及其相关的活塞构件2304a-2304j可以从缩回位置移动到延伸位置，以便推送配件590的个体柱塞570a-570j。如上所述，腔室592k和592l通常不被推送，因此所示实施例仅包括十个活塞构件2304a-2304j(即，对于腔室592a-5921，每个腔室一个活塞)。然而，可以理解，其他实施例可以包括用于腔室592k和5921的活塞。在一个实施例中，螺栓2302a-2302j中的每一个可以是带螺纹的，使得旋转使螺栓向下下降以延伸与螺栓2302a-2302j连接的活塞2304a-2304j。类似于图9a-9d中所示的装置，活塞2304a-2304j的远端可延伸到配件590的腔室592a-j中，由此接触柱塞570a-570j，因此将样品或试剂通过连接的入口通道515a-515j推动到袋510内的泡状结构中。
在所示实施例中，每个螺栓2302a-2302j的近端2308a-2308j连接到横杆2306a-2306j中的相应一个。在一个实施例中，通过在选定方向(例如，顺时针方向)上旋转选定横杆2306a-2306j来产生选定螺栓及其相关活塞的向下移动。也就是说，螺栓2302a-2302j可以是带螺纹的，使得横杆2306a-2306j在围绕由螺栓限定的长轴的弧中的移动产生活塞2304a-2304j的向下(即，推送)移动。在一个实施例中，横杆2306a-2306j可以具有足够的长度，使得当横杆2306a-2306j中的一个如图10a中的箭头所示旋转时，它与相邻的横杆连接。然后相邻的横杆可以在与第一横杆相同的方向上旋转，使与其相关的螺栓下降并将活塞2304a-2304j中的一个推动到腔室592a-1中的一个中。每当横杆2306a-2304j中的一个旋转时，与其连接的螺栓2302a-2302j也旋转并致动活塞2304a-2304j中的一个。
在图10a和10b中所示的实施例中，螺栓2302a比螺栓2302b-j长以适应腔室592a的较长的推送行程，腔室592a容纳比腔室592b-1更大体积的流体。这是因为，在配件590的一个实施例中，腔室592a接收的样品流体在体积上大于使容纳在腔室592b-1中的试剂再水合所需的水合流体。应当理解，该配置仅是说明性的，并且在配件590的其他实施例中，腔室592a-1中的其他腔室可以容纳更大的体积并且与具有更大长度的螺栓2302a-2302j连接。
图11a和11b示出了可以用于将流体从配件590的腔室592a-592j移动到袋510中的装置的又一实施例。图11a和11b的实施例包括穿梭机构2404，其配置成沿着螺纹构件2402移动，使得穿梭机构2404(例如，螺母)可以将个体活塞从缩回位置移动到延伸(即推送)位置。螺纹构件2402可以是带螺纹的以配合穿梭机构2404。电机或其他动力源可以使螺纹构件2402旋转。因此，穿梭机构2404可以配置成在螺纹构件2402旋转时沿着螺纹构件2402的长度横向移动。图11a-11b进一步描绘了连接器2406，其可以包括第一侧2405以及可以与第一侧2405相对的第二侧2410。连接器2406的第一侧2405可以与穿梭机构2404连接。
图11b还示出了穿梭机构2404、螺纹构件2402和连接器2406如何致动多个活塞2408a-2408j。当螺纹构件2402旋转时，穿梭机构2404和连接器2406可以沿着螺纹构件2402移动，允许连接器2406的第二侧与活塞2408a-2408j中的一个或多个的远端接触。类似于图9和10所示的活塞，活塞2408a-2408j可以进入配件590的腔室592a-592l的近端，因此施加将流体移出腔室592a-592l并进入袋510的力。该装置可以配置成使得连接器2406可以连接单个活塞或同时连接多个活塞。图11b示出了后者，其中活塞2408i和2408j同时被致动。这可以通过调节连接器2206的宽度来实现，使得它同时与限定的多个活塞接触。在一个实施例中，个体活塞2408a-2408j可以是弹簧加载的，使得活塞在它们不与连接器2206接触时将返回到它们的缩回位置。在另一实施例中，图11a和11b中所示的推送机构可以包括与图9a-9d中所示的缩回机构类似的缩回机构。
图12a-12c示出了可以用于将流体从配件590的腔室592a-592j移动到袋510中的装置2200的又一实施例。在图12a-12c所示的实施例中，可以通过凸轮轴2202的旋转生成推送力，所述凸轮轴包括连续致动多个个体活塞的多个个体凸角。图12b示出了可以响应于旋转凸轮轴而从装置2200的壳体2212突出的多个活塞2214a-2214j。装置2200包括杆2202，所述杆2202可以使用电机或其他动力源旋转。杆2202的旋转使多个凸轮凸角与个体活塞2214a-2214j的近端(未示出)接触；当凸轮凸角旋转抵靠近端时，凸轮凸角将个体活塞2214a-2214j推出以产生推送运动。图12b示出了两个活塞2214a和2214b，它们已被推出使得它们可以延伸到配件590的腔室592a和592b中以压下柱塞570a和570b以将液体从配件590移动到袋510中。这样的过程可以重复用于活塞2214c-2214j。
在一个实施例中，凸轮轴2202可以通过大致在多个凸角2204a-2204j中的每个凸角的中心的孔2206插入。图12c更详细地示出了凸角2204a和孔2206的实施例。每个凸角2204a-2204j可以包括可以从凸角延伸的突片2208。凸角2204b-2204j可以具有相同的形状或包括沿着凸角的周边相对于凸角2204a位于不同位置的突片2208。凸轮轴2202和凸角2204a-2204j可以由包括槽2210a-2210j的壳体2212部分地包围。每个凸角2204a-2204j可以邻近多个槽2210a-2210j中的一个定位，使得每个凸角2204a-2204j的突片2208可以在其在凸轮轴2202上转动时移动通过槽2210a-2210j中的一个。当凸角2204a-2204j在凸轮轴2202上旋转时，槽2210a-2210j允许个体突片穿过(clear)壳体2212的上壁。
当凸角2204a-2204j旋转时，每个凸角2204a-2204j的突片2208可以与多个活塞2214a-2214j中的一个的近端连接。说明性地，当凸角2204a的突片2208与相邻活塞2214a的近端连接时，由此施加的力使该活塞从缩回位置移动到延伸位置。这在图12b中示意性地示出。当活塞处于第二位置时，其远端可以进入腔室(例如但不限于配件590的腔室592a)的近端中的开口，并且说明性地在设置在腔室592a中的柱塞570a上施加压力。由柱塞产生的压力可以随后使存在于腔室592a中的液体通过入口通道515a并进入袋510。凸角2204b及其相邻的活塞2214b重复该过程，依此类推到凸角2204j。突片2208的位置可以在每个凸角2204a-2204j的周边上的不同位置，使得每个活塞可以以限定的顺序被致动。
在该实施例中，当凸角2204a的突片2208旋转离开相邻活塞的远端时，力从活塞释放并且其返回到第一位置。替代地，活塞可以是弹簧加载的，使得即使在突片2208不再与活塞连接之后它们也保持在第二位置。在后一实施例中，流体被防止回流通过系统。
应当理解，本文公开的任何说明性实施例可以用于操作仪器900中的活塞组件902。还应当理解，这些说明性实施例可用于仪器800或其他仪器中。
珠搅打器
图13示出了图3a中所示的仪器800的珠搅打电机819，其包括可以安装在支撑构件802的第一侧811上的叶片821。叶片可以延伸通过槽804以接触袋510。然而，应当理解，电机819可以安装在仪器800的其他结构上。尽管参考了仪器800，但是应当理解，珠搅打器可以类似地安装在图3b的仪器900中。在一个说明性实施例中，电机819是安装在支撑构件802上的mabuchirc-280sa-2865dc电机(日本千叶)。在一个说明性实施例中，电机以5,000至25,000rpm转动，更说明性地以10,000至20,000rpm转动，更加说明性地以大约15,000至18,000rpm转动。对于mabuchi电机，已发现7.2v提供足够用于裂解的rpm。然而，应当理解，当叶片821冲击袋510时，实际速度可能稍慢。取决于所使用的电机和桨叶，其他电压和速度也可以用于裂解。可选地，可以在邻近裂解泡状结构522的气囊822中提供受控的少量空气。已经发现，在一些实施例中，在裂解过程期间用一份或多份少量空气部分填充相邻气囊有助于定位和支撑裂解泡状结构。替代地，其他结构，例如裂解泡状结构522周围的刚性或柔性衬垫或其他保持结构，可以用于在裂解期间约束袋510。还应当理解，电机819仅是说明性的，并且其他装置可以用于研磨、摇动或涡旋样品。
尽管上面讨论了使用旋转叶片或桨叶的冲击，但是应当理解，可以考虑用于摇动或涡旋样品的珠磨部件的其他实施例。在一个实施例中，搅打棒可以用包括滚珠轴承和滚柱轴承的轴承代替。图14示出了仪器子组件906a，其是图3b的子组件906的简化版。子组件906a包括珠搅打器组件912，其部分地延伸通过加压板922中的槽914。图14还示出了袋510，其具有靠近加压板922的裂解泡状结构522，其中当袋510安装在仪器900中时珠搅打器组件912可以接触裂解泡状结构522。图14a是沿图14的线a-a的横截面图。
图14a示出了驱动包括旋转轮720的珠搅打执行器的电机719。旋转轮720具有设置在其中的多个轴承721。图14a示出了六个轴承721。然而，该数字仅是说明性的，并且可以使用任何数量的轴承。在说明性实施例中，轴承松散地安置，允许它们在旋转轮720中移动，使得当轮720旋转时，向心力径向驱动轴承721并且轴承721从旋转轮720的周边718径向延伸。这允许轴承721(说明性地在泡状结构522处或附近)冲击袋510。可选地，轴承721可以是弹簧加载的以使它们径向偏置。
图14b示出了类似于图14a的实施例。在该实施例中，旋转轮920由电机919驱动。在该实施例中，四个滚柱轴承921安装在旋转轮920上，但是，如上所述，该数量仅是说明性的，并且可以预期任何数量的滚柱轴承。旋转轮920由挠性材料制成并且设置有多个凹槽917，所述多个凹槽917界定滚柱轴承921安装在其上的多个臂913。当电机919驱动旋转轮920时，臂913向外挠曲，由此允许滚柱轴承921径向移动并接触袋510(未示出)。也由凹槽917界定的多个突片916定位成限制滚柱轴承921免于过多的径向移动。
应当理解，可以提供给图14a的弹簧加载轴承721的任何弹簧上的张力和提供给滚柱轴承921安装在其上的臂913的挠曲量应当适合于将轴承921或721偏置成与袋510接触以提供包含在其中的裂解颗粒的显著移动，而不会提供太大的力，使得袋510的挠性材料可能被撕裂。尽管电机719被示出为仪器800的一部分并且电机919被示出为仪器900的一部分，但是应当理解，这仅是说明性的，并且任何电机配置可以在用于任何用于样品制备的仪器中使用。
在图3a所示的实施例中，气囊822在与叶片延伸通过槽804时撞击泡状结构522的一侧相反的一侧在袋510的泡状结构522上提供力。在一些实施例中，可能期望在与加压构件(例如气囊822)相同的一侧具有对泡状结构522的冲击。然而，在这样的实施例中，可能期望用不易撕裂的加压构件替换气囊822。因此，除了气囊822之外还可以使用加压板922，或使用加压板922代替气囊822。在图14a-14b所示的实施例中，加压板922设置有槽914，叶片21或轴承921或721可以延伸通过所述槽914以撞击泡状结构522。说明性地，气囊822或加压板922可以在轴承921或721或叶片21冲击袋510的同时被脉冲。这样的脉冲可以帮助提供不同的和变化的涡流以改善混合。替代地或附加地，电机919、719或819的方向可以交替。
可以通过用附接到电机的搅打器结构(例如旋转叶片，桨叶或轴承)冲击袋510来实现珠搅打。搅打器结构可以在裂解泡状结构522处冲击袋，或者可以在裂解泡状结构附近冲击袋。如上所述，珠搅打器电机配置成以大约15,000至18,000rpm(例如，约12,000rpm)旋转。提高珠搅打效率的一种方式是增加搅打器结构(例如，叶片，桨叶或轴承)撞击袋的频率。这可以通过增加珠搅打器电机的速度或增加搅打器结构的数量来实现，使得随着电机的每次旋转，袋被撞击更多次。图14a和14b中所示的珠搅打器实施例分别通过包括六个和四个轴承结构来实现这一点。
图14c、14d、14e和14f示出了珠搅打器执行器的替代实施例。这些珠搅打器系统类似于美国专利no.4,522,587中所示和所述的旋转桨叶系统，其全部内容通过引用并入本文。图14c示出了珠搅打电机919，包括珠搅打轮950，其中三个桨叶952a-952c从轮950突出。图14d示出了珠搅打电机919，包括珠搅打轮960，其中四个桨叶962a-962d从轮960突出。图14e示出了珠搅打电机919，包括珠搅打轮970，其中六个桨叶972a-972f从轮970突出。应当理解，图14c-14e中所示的三个、四个和六个桨叶仅是说明性的，并且珠搅打轮可以具有更多或更少的叶片。
图14f示出了珠搅打器执行器980的另一实施例。执行器980可以与类似于先前实施例中所示的电机919的珠搅打器电机联接并由其驱动。在所示的示例中，执行器980可以经由中心孔984联接到互补形状的电机轴。在所示实施例中，执行器980具有围绕由中心孔984限定的中心轴线不对称地布置的五个珠搅打臂982a-982e。优选地，臂982a-982e布置成重量平衡，使得执行器980的质心对应于由中心孔984限定的中心轴线。然而，应当领会，臂可以通过其他修改进行重量平衡，例如从臂中钻出部分、去除或增加臂的选择部分的质量等。
在一个实施例中，执行器具有五个不对称布置的臂。然而，应当领会，类似的实施例可以具有三个或更多个不对称布置的臂。如果在执行器上包括一个或多个平衡质量，则实施例可以具有少至两个不对称布置的臂。在所示实施例中，珠搅打臂982a-982e分开约97°(983a)、45°(983b)、69°(983c)、86°(983d)和63°(983e)的角。应当领会，这些角度仅仅是说明性的，并且具有五个所示臂的其他角和具有更多或更少臂的其他角也在本公开的范围内。
与在先前描述的实施例中一样，认为增加珠搅打臂的数量可通过增加样品制备室(例如，图2的泡状结构522)上的撞击数/执行器980的旋转来增加珠搅打的效率。在一个实施例中，臂的不对称间隔可以改变由珠搅打器产生的音调，使得感知音量更低。例如，噪声产生事件的非周期性间隔具有重塑噪声频谱的效果以提供降低的噪声水平和存在噪声能量的频率的重新分布，从而产生较少的可感知声音。相反，相同音量(声压级)的纯音调通常被认为是更嘈杂。
图41a-42c示出了珠搅打器系统的替代实施例，其在样品制备期间使用桨叶式珠搅打器混合样品。这提供了与上面和例如在通过引用在别处并入本文的美国专利no.8,895,295和9,102,911中描述的珠搅打系统不同的裂解运动。
图41a示出了在子组件906b(类似于图3b的子组件906)背景中的珠搅打器系统912b，但仅示出了与细胞裂解相关的部分。应当理解，图3b中所示的各加热器或其他部件可以用作子组件906b的一部分或作为子组件906b的附加。说明性地，子组件906b可以包括在仪器800或仪器900或类似仪器中。图41b示出了相同子组件906b和珠搅打器系统912b的后视图。珠搅打器系统912b包括桨叶980a和980b，所述桨叶980a和980b定位成延伸通过子组件906b中的槽915b，使得桨叶980a和980b可以接触袋510的泡状结构522，或相似袋的裂解或样品制备泡状结构。桨叶980a和980b可以快速往复移动以产生裂解物。当桨叶980a和980b往复移动时，它们以充分搅动样品和裂解珠的运动来回地反复撞击泡状结构522并混合泡状结构522的内容物(例如，细胞、裂解缓冲液和锆裂解珠)。袋510在图41a中示出为接近用于参考的子组件906b，如本文别处参考例如图3a和3b更详细地解释，并且袋510可以说明性地保持在与子组件906b相邻的位置，并且泡状结构522可以邻近桨叶980a和980b保持。说明性地，桨叶980a和980b可以尺寸确定成和定位成使得它们与泡状结构522基本上是相同的区域。类似地，桨叶980a和980b可以比泡状结构522更大或更小。在所示实施例中，桨叶980a和980b基本上是彼此相同的尺寸。然而，应当领会，在其他实施例中桨叶的尺寸可以不同。例如，尽管桨叶980a和980b的尺寸和形状适合于大致为矩形的泡状结构522，但桨叶的尺寸和形状可以适合于其他泡状结构形状，例如但不限于正方形或圆形。
现在参考图41b，其示出了珠搅打器组件912b的后侧，珠搅打器包括将珠搅打器组件912b固定在子组件906b中的支撑构件986、往复桨叶980a和980b、以及驱动桨叶980a和980b的往复运动的驱动轴982。在所示的实施例中，驱动轴982和桨叶980a和980b联接到轴承构件984a和984b，所述轴承构件984a和984b又机械地联接到驱动轴和每个相应的桨叶。图42c示出了驱动轴982的旋转轴线989和两个偏心部分982a和982b，所述偏心部分982a和982b联接到轴承构件984a和984b以将轴982的旋转运动转换成桨叶980a和980b的往复的进出运动。在所示实施例中，轴982的旋转运动由电机919b驱动。电机919b还可以固定到子组件906b以进一步支撑珠搅打器组件912b。在一个说明性实施例中，电机919b可以以5,000至25,000rpm、更说明性地以7,500至12,000rpm、并且更加说明性地以大约8,000至10,000rpm转动。然而，应当理解，当桨叶980a和980b冲击袋510时，实际速度可能稍慢。类似地，取决于所使用的电机和桨叶以及样品类型，其他速度也可用于裂解。还应当理解，电机919b仅是说明性的，并且其他装置可以用于致动桨叶。
现在参考图42a和42b，示出了珠搅打器组件912b的进一步细节。说明性地，桨叶980a和980b在细胞裂解过程期间交替接触裂解泡状结构。也就是说，桨叶一次一个地接触袋。这允许桨叶以强有力的侧向运动移动裂解区(即，泡状结构522)中的流体(例如，细胞和/或病毒、裂解缓冲液和裂解珠)。然而，应当领会，对于诸如912b的系统，其他流体运动模式是可能的，例如但不限于，从顶部到底部，涡流等。如上面参考图3b和下面参考图22a-23b所述，在一些实施例中，在珠搅打器桨叶和袋之间可以存在衬垫(例如，前面板衬垫929)。因此，桨叶可不直接接触袋，但操作原理仍然相同。
图42a和42b还示出了偏置构件(例如，弹簧)981a-981c(第四偏置构件存在于桨叶980a上，紧邻偏置构件981c，但由于视角而未示出)，其可以放置在桨叶980a和980b的端部和子组件906b的内表面之间以将桨叶980a和980b朝向轴承构件984a和984b偏置。尽管示出了螺旋弹簧，但是应当领会可以使用其他弹簧构件，例如但不限于板簧、弹性体构件等。
图42b还示意性地示出了珠搅打器组件912b如何用于将流体压出泡状结构522并进入下游泡状结构，例如泡状结构544。说明性地，电机919b可以在桨叶980a延伸的情况下停止，使得桨叶980a可以压靠泡状结构522并迫使流体流出泡状结构522的一半。然后在988处示意性地示出的机械致动器(例如，活塞)可以压在桨叶980b上，使得它可以压靠泡状结构522并将流体推送到下游泡状结构。替代地，独立的机械致动器可以与桨叶980a和980b关联以将两个桨叶均压在泡状结构522上以使流体移动到下游泡状结构。在另一实施例中，可以采用驱动系统(例如，分别驱动的活塞)，其分别延伸并且可选地缩回每个桨叶。在这样的实施例中，驱动系统可以用于将两个桨叶一起延伸以压靠泡状结构522以将流体推送到下游泡状结构。
在另一实施例中，可以切换偏置构件(例如，弹簧)、桨叶和仪器子组件(例如，子组件906b)的内表面的相对布置，使得桨叶向外偏置。在这样的情况下，也可以切换驱动机构的功能，使得驱动系统的往复运动可以将桨叶从袋撤离，并且偏置构件的动作使桨叶接触裂解室。由于可以选择偏置构件(例如，弹簧)以在裂解泡状结构上提供选定量的冲击力和/或压力，因此，例如，使用偏置构件来偏置桨以接触袋的系统可以提供可预测且可靠的裂解力。类似地，由于桨叶可能默认压靠裂解泡状结构，因此这样的系统可以容易地用于将裂解泡状结构的内容物推送到例如下游泡状结构中。在说明性实例中，具有朝向裂解泡状结构偏置的桨叶的桨叶式珠搅打器系统可以通过将驱动构件移动到中立位置来推送泡状结构的内容物，使得两个桨叶通过偏置构件的动作同时压靠泡状结构。在另一个说明性实例中，具有朝向裂解泡状结构偏置的桨叶的桨叶式珠搅打器系统可以将该泡状结构的内容物推送到下游泡状结构，这通过使用驱动系统以使上游泡状结构与该泡状结构接触以迫使该泡状结构中的流体进入下游侧的该泡状结构并且然后从驱动系统释放下游桨叶使得偏置构件可以将第二桨叶压靠在泡状结构上以将流体推送到下游泡状结构。
图43a-43c示出了珠搅打器系统912c的另一实施例。珠搅打器系统912c包括桨叶990a和990b、驱动轴992、分别联接到桨叶990a和990b以及驱动轴992的曲柄和滑块机构994a和994b、以及可以用于将珠搅打器系统912c联接到仪器子组件的支撑组件996。例如，珠搅打器系统912c可以与图3b的子组件906一起使用。说明性地，珠搅打器系统912c可以包括在仪器800或仪器900或类似仪器中。珠搅打器系统912c包括桨叶990a和990b，所述桨叶可以定位成接触袋510的泡状结构522或相似袋的相似泡状结构。类似于桨叶980a和980b，桨叶990a和990b可以快速往复移动以产生裂解物。说明性地，桨叶990a和990b可以尺寸确定成和定位成使得它们与它们定位成作用在其上的相应的泡状结构基本上是相同的区域。类似地，桨叶990a和990b可以比相应的泡状结构更大或更小。在所示实施例中，桨叶990a和990b的尺寸基本上彼此相同。然而，应当领会，在其他实施例中桨叶的尺寸或形状可以不同。
现在参考图43b，桨叶990a和990b示例性地可枢转地联接到曲柄和滑块机构994a和994b，桨叶990a和990b上的突片991a和991b配合到曲柄和滑块上的相应槽993a和993b中。其功能类似于系统912b中的轴承的曲柄和滑块机构994a和994b经由开口995a和995b联接到驱动轴992。如图43c中所示，驱动轴992包括在曲柄轴992旋转时驱动桨叶的往复运动的偏心部分992a和992b。
与系统912b一样，系统912c可以联接到电机或类似的驱动装置以旋转曲柄轴992。与系统912b相反，由于曲柄轴992、曲柄和滑块机构994a和994b以及桨叶990a和990b主动地联接在一起，系统912c不需要包括缩回桨叶990a和990b的偏置构件。然而，应当领会，在一些实施例中仍然可以包括偏置构件。
图44a-46示出了具有不同桨叶配置和桨叶数量的各种桨叶式珠搅打器实施例。图44a示出了包括桨叶4480a和4480b的珠搅打器系统912d。珠搅打器系统912d在子组件906d的背景下配置，并且桨叶4480a和4480b通过开口4415a和4415b操作。在该说明性实施例中，桨4480a和4480b由间隔器4416分离。图44b的珠搅打系统912e类似于系统912d。系统912e包括通过子组件906e的开口4415c操作的桨叶4490a和4490b。桨叶4490a和4490b包括向内成角部分4491a和4491b。系统912d和912e的类似之处在于，间隔件4416和向内成角部分4491a、4491b在桨叶之间提供开放空间，所述开放空间可以说明性地容纳裂解泡状结构中的拭子或类似的内含物。还认为在一些实施例中在桨叶之间产生空间可以积极地影响搅动模式(例如，可以在桨叶之间的边界区域中产生涡流)，这又影响裂解珠和流体的移动以及裂解过程的有效性。
图45示出了珠搅打器系统912f，其包括上述实施例中使用的四个桨叶而不是两个。图46示出了包括三个桨叶的珠搅打器系统912g的实施例。在图45的系统912f中，桨叶4580a-4580d以正方形或矩形布置进行布置。桨叶4580a-4580d延伸通过子组件906f中的开口4515。在图46中，珠搅打器系统912g包括两个竖直布置的桨叶4680a和4680b以及水平桨叶4680c。桨叶4680a-4680c配置成在子组件906g的背景下操作并且延伸通过开口4615。在一个实施例中，系统912f和912g的桨叶可以被独立致动以在裂解室中产生模式、涡旋等。例如，桨叶4580a-4580d可以顺序地致动(例如，4580a，然后是4580b，然后是4580c，然后是4580d等)以在裂解中产生涡旋。在另一示例中，桨叶4580a-4580d可以以交叉模式(例如，4580a和4580c一起，然后4580b和4580d一起)被致动以产生不同的裂解模式。在另一示例中，桨叶4680a和4680b可以例如一次一个地致动，类似于系统912b，并且桨叶4680c可以在不联接到桨叶4680a和4680b的致动的时间被致动。在又一实例中，桨叶4680a-4680c可以以圆形方式致动(4680a，然后是4680b，然后是4680c等)。应当领会，前述示例仅仅是说明性的，并且其他致动模式和裂解模式也是可能的。
珠搅打器系统912b-912g的部件，例如但不限于桨叶，驱动轴，曲柄和滑块机构994a和994b等，可以根据本领域已知的基本任何方法制造。例如，珠搅打器系统的部件可以由耐用和/或热稳定的塑料材料(例如，
本文所述的桨叶式珠搅打器系统的性能在下面的示例5中讨论并参考图47-48c示出。
参考图49，示出了珠搅打器系统4919，其包括由音圈电机4902驱动的执行器4920。音圈电机在本领域中是公知的。所示的音圈电机4902包括永磁体4906，下部铁盘4904和上部铁环4908，以及音圈驱动器4910。音圈驱动器的类型在本领域中是公知的。例如，典型的音圈驱动器可以包括环带(未示出)(例如，铝环或纸环)，其被电线包裹以允许音圈驱动器承载电流。典型的音圈驱动器可以支撑在柱(未示出)上并向下延伸到上部铁环4908中的狭窄间隙中。使振荡电流通过缠绕环带的导线引起振荡电场，所述振荡电场使音圈驱动器4910上下振荡。系统4919还可以包括多个支撑环4912a和4912b，支撑托架4914a和4914b，以及附加的支撑件和立管4916和4917。尽管所示的特定实施例中的支撑件具有特定的布置和结构，但是应当领会这仅仅是说明性的，并且其他支撑布置也在本公开的范围内。
执行器4920附接到音圈驱动器4910，使得当音圈驱动器上下振荡时执行器上下振荡。在所示实施例中，执行器4920包括边缘4921，所述边缘4921可以配置成大体垂直于袋510的表面530接触袋(例如，样品制备泡状结构522)以导致珠搅打动作。在一个实施例中，执行器4920可以由各种轻质材料制成，例如但不限于金属箔，塑料和纸。例如，纸筒可以连接到音圈驱动器的环带，然后在其端部处密封以形成边缘4921。适当形状的纸材料非常坚硬并且重量非常轻。
音圈驱动器具有低质量并且它们可以产生高力，但是它们在位移上受到限制。而且，在频率和位移之间存在权衡；即，频率越高，音圈驱动器的位移越小。因此，发现音圈系统4919可以被驱动以在约100-500hz(例如，约300hz，400hz或500hz)的频率下搅打。例如，这与图13中所示类型的珠搅打器的频率相当，其以例如约7,500-15,000rpm的珠搅打速度操作，这转换为叶片821以约250-500hz撞击袋的频率。
现在参考图50a和50b，示出了可以用于珠搅打的原型装置5019的实施例。在所示实施例中，装置5019具有叉形执行器5020，其端部5021具有第一半部5021a和第二半部5021b。如图50b中所示，袋510可以在裂解泡状结构522附近放置在执行器的端部5021a和5021b之间。如下所述，执行器5020可以来回振荡以积极地混合裂解泡状结构522的内容物，产生珠搅打作用。
在图50a和50b所示的裂解装置的实施例中，系统5019包括安装在基座5006和立架5008上的振荡器5002。应当理解，这仅仅是说明性的，并且系统5019可以安装在诸如仪器800的仪器内。振荡器5002安装在可对齐地安装在立架5008上的支撑件5012a和5012b上。执行器5020可以在枢轴5010处安装到立架5008。在所示实施例中，振荡器5002包括两个磁体，包括第一e芯5004a和第二e芯5004b。e芯在本领域中是众所周知的，是一种类型的磁芯。磁芯是一种具有高磁导率的一块磁性材料，用于限制和引导电气、机电和磁性装置中的磁场，所述装置例如电磁体，变压器，电动机，发电机，电感器，磁记录头和磁性组件。e芯因其芯部是通过将电线缠绕在金属e形芯的中央腿部上而命名。在本公开的范围内可以使用其他磁体。
在一个实施例中，e芯5004a和5004b均配置成一次一个地产生磁强磁场，以使执行器5020在e芯之间来回振荡。因而，在所示实施例中，执行器5020具有磁板5022a和5022b，其可以被e芯产生的磁场吸引。在一个实施例中，e芯5004a和5004b可以联接到电路，所述电路一次一个地为e芯5004a和5004b供电。在示例性实施例中，电路可以是简单的电气装置(例如，一对二极管)，其以交流电源的特征频率为e芯5004a和5004b供电。例如，在美国，交流电具有60hz的频率。因而，具有e芯5004a和5004b的系统5019可以配置用于搅动以进行珠搅打裂解，而无需复杂的电子控制系统，固件编程等。e芯还有多种尺寸和额定功率。因此，可以改变系统5019的功率以增加或降低功率，以例如通过改变e芯尺寸和/或功率来调节珠搅打效率。在一个实施例中，e芯电磁体可以用可以撞击执行器5020以使执行器来回振荡的机械致动器等代替。
在另一实施例中，珠搅打可以通过超声处理完成，如本领域中已知的。在又一实施例中，裂解受到对样品施加压力的影响，例如通过擦洗作用。在该实施例中，辊或滑动件可以邻近泡状结构522的一部分抵靠表面530放置，并且沿着泡状结构522移动，说明性地纵向移动，但是其他运动也是可能的。辊可以说明性地以类似于蒸汽辊的动作移动，由此将样品压向珠534。这样的实施例可以使用蠕动泵。可以类似地采用不滚动的滑动件。
应当理解，任何珠搅打器可与本文公开的系统的任何其他实施例一起使用。
移动磁体系统
现在参考图15a-15k，示出了可以与一系列样品制备步骤组合使用的磁体系统的替代实施例。图15a-15k中所示的样品制备步骤包括磁珠水合，磁珠在细胞裂解物中的分散以促进核酸回收，从裂解物回收磁珠，磁珠洗涤，以及从磁珠洗脱核酸。图15a-15k使用参考图2描述的袋元件(即，泡状结构和磁珠)的相同编号，但仅示出了相关的袋元件。与利用位于仪器内邻近泡状结构546的可缩回磁体的先前描述的示例相反，图15a-15k中所示的示例利用包括可移动磁体1320的机构1310，所述可移动磁体可以(例如，沿着圆形或半圆形路径)移动到各泡状结构以便于磁珠546的移动和捕获。图15a-15k中所示的系统可以使袋中的样品制备(即核酸回收，从裂解物回收磁珠，磁珠洗涤，以及从磁珠洗脱磁珠)所需的时间减少高达10％，高达15％，高达20％，高达25％，高达30％，高达35％，高达40％，高达45％，高达50％，高达55％，高达60％，高达至65％，高达70％，或高达75％。
现在参考图15a，示意性地示出了袋510的一部分。袋510包括样品裂解泡状结构522和下游泡状结构544、546和548。省略了参考图2讨论的泡状结构之间的通道，但是箭头指示了泡状结构之间的流体移动。还示意性地示出了包括可移动磁体1320的机构1310。应当理解，机构1310说明性地可以安装在仪器900的门组件908中。
在图15a和15b所示的第一步骤中，将细胞裂解物从泡状结构522挤出到泡状结构544和546中以水合磁珠533。然后可以在泡状结构544和546之间来回推动流体(即，细胞裂解物)以分散磁珠。在图15c和15d所示的第二步骤中，其中分散有磁珠的基本上所有流体从泡状结构546挤压到泡状结构544并进入泡状结构522以便从泡状结构522中的裂解物回收核酸。如图15d中示意性所示，磁珠533基本上分散在泡状结构522中的整个细胞裂解物中。为了核酸回收，可以允许磁珠533在裂解物中培育选定的一段时间。然而，为了改善分散并加速核酸回收，核酸回收步骤可以包括有限的珠搅打以进一步破碎任何珠团块并使珠更完全地分散在裂解物中。
在上文参考图3a描述的核酸回收方案中，磁珠的回收通过启动泡状结构546处的可缩回磁体并在泡状结构522和546之间(经由泡状结构544)反复地来回推动流体，同时每次在流体移动到泡状结构546时回收附加的磁珠。尽管这可能是用于回收磁珠的有效方法，但是它可能非常耗时，需要超过十个捕获循环。相反，通过图15e中所示的移动磁体系统，磁体1320可以在系统1310的圆形轨道上移动到泡状结构522附近并且用于在单个步骤中拾取磁珠。如图15e中所示，磁体1320平行于泡状结构522的外表面移动并用于收集磁珠533并且将它们带到泡状结构522和544之间的通道附近的区域。在参考图3a描述的磁珠重新捕获实施例中，磁体移入和移出(更靠近袋和更远离袋)以捕获和释放磁珠。在参考图15a-15k描述的磁珠重新捕获实施例中，磁体1320可以通过旋转离开珠被限制的泡状结构来释放磁珠。在一些实施例中，磁体1320可能无法通过泡状结构之间的通道携带一簇磁珠，这是因为磁体不够强或者通道不够宽，或者出于其他原因。因此，为了帮助移动磁珠533通过通道538(参见图2)，可以使用来自泡状结构522至544的液体的脉冲从磁体1320移除珠并将它们冲洗到泡状结构544中。
在一个实施例中，磁体1320是小的(例如，直径为1cm-5mm或更小)强力磁体。通常，可能需要相对于泡状结构(例如，泡状结构522和544)尺寸直径小的磁体，原因是当它们用于回收磁珠时，它们的磁力更集中并且更少的珠损失。例如，小的强力磁体形成较小的磁珠丸粒，其可以“提升”到泡状结构和544之间的通道，然后用来自522的流体冲洗到泡状结构544。如果磁体较大，则较大的丸粒将形成，并且这样的较大丸粒可能无法有效冲洗。类似地，当磁体将珠限制到泡状结构以洗去从裂解方案或从珠洗脱回收的核酸(下面讨论)产生的细胞碎片时，可以更有效地将较小的丸粒从连接泡状结构的通道移开，使得当洗涤或洗脱溶液冲洗时珠不会被冲走。
在一个实施例中，磁体1320是稀土磁体。稀土磁体是通常由钕和钐的合金制成的强永磁体。通常由稀土磁体产生的磁场可以超过1.4特斯拉，而铁氧体或陶瓷磁体通常表现出0.5至1特斯拉的磁场。钕磁体是最强和最实惠的稀土磁体。它们由钕、铁和硼的合金(nd2fe14b)制成，有时缩写为nib。钐钴磁体(化学式：smco5)由于其具有更高的成本和更弱的磁场强度比钕磁体更不常见。然而，钐-钴具有更高的居里温度，在高工作温度下需要高场强的应用中为这些磁体创造了利基(niche)。在另一实施例中，磁体1320可以是电磁体。在又一实施例(未示出)中，用于移动磁体1320的系统1310可以用固定电磁体阵列代替，所述固定电磁体阵列可以在选定位置处打开和关闭以进行磁珠回收，洗涤等。
现在参考图15f，在磁珠533被冲洗到泡状结构544之后，磁体移动到泡状结构544并且磁珠533被捕获在远离泡状结构544和522之间的通道的区域中，并且流体被冲走到泡状结构522。此时，核酸已从裂解物回收，并且泡状结构522可以用作废物容器。在一些实施例中，可能需要从泡状结构522进行额外的磁珠收集。
现在参考图15g，可以通过将磁体1320移离泡状结构并将洗涤缓冲溶液从配件注入泡状结构544中并在泡状结构544和546之间缓慢地挤压磁珠来洗涤磁珠以去除细胞碎片，裂解缓冲液等。然后可以将磁体1320移动到泡状结构546，并且可以将流体从泡状结构544挤压到泡状结构546中以重新捕获珠。洗涤溶液可以挤出通过泡状结构544到泡状结构522。洗涤顺序可选地用新鲜洗涤缓冲液重复至少一次。
现在参考图15i-15k所示，通过使磁体1320移离泡状结构，经由泡状结构548将洗脱缓冲液从配件注入泡状结构546中，可以从磁珠533洗脱核酸。在所示实施例中，通过在泡状结构544和546之间挤压流体，磁珠可以分散在洗脱缓冲液中以洗脱核酸。替代地，可以将洗脱缓冲液添加到泡状结构546，并且仅通过等待就可以进行洗脱。在任何情况下，通过将磁体移动到泡状结构546并从546和548之间的通道收集磁珠，将洗脱缓冲液和珠重新收集在泡状结构546中。然后将洗脱的核酸和洗脱缓冲液从珠533移开到泡状结构。洗脱的核酸现在准备用于泡状结构548和550中的第一阶段pcr。
现在参考图16a-19b，示出了移动磁体系统的具体实施例。图16a-19b中所示的具体装置配置成与本文以及申请人提交的其他申请中所述的袋510和仪器900一起工作，但应当理解，这仅是说明性的，并且这些实施例可用于各种仪器以与各种样品容器一起使用。图16a-19b中所示的移动磁体系统可以根据图15a-15k中所示的方案使用以例如促进磁珠回收，从回收核酸时捕获的磁珠回收的磁珠洗掉细胞碎片，从珠洗脱核酸，以及在洗脱的核酸移开以进行第一阶段pcr时分离磁珠。
图16a和16b示出了容纳在板1400中的移动磁体系统1410。该板容纳移动磁体系统1410并且可以配置成包括在仪器900中。例如，板1400可以包括具有压靠在仪器900中袋510的面的结构。例如，板1400可以包括可以用于将袋510固定在仪器900内并且相对于本文别处描述的的推送系统、加压构件、密封件、加热器等保持袋510的结构。
移动磁体系统1410包括磁体1420(例如，稀土磁体)。在所示实施例中，磁体1420包括在链条结构1430中，所述链条结构1430可以用于通过例如转动驱动齿轮1450来围绕限定轨道1440驱动磁体1420。驱动齿轮1450可以联接到用于转动驱动齿轮1450的驱动电机等(未示出)。通过在预定方向上转动驱动齿轮1450，系统1410的磁体1420可以在轨道1440中环绕移动并定位在图15a-15k中总体描述的各泡状结构和通道上。例如，为了实现磁珠回收，磁体1420可以扫过泡状结构522，如图15e示意性所示。在扫过泡状结构522的替代方案中，磁体1420可以以一系列逐步运动的方式移动经过泡状结构，以便将磁珠与珠搅打珠分离并拾取磁珠。类似地，磁体1420可以定位成例如便于从回收核酸时捕获的磁珠洗去细胞碎片，从珠洗脱核酸，以及在洗脱的核酸移开以用于第一阶段pcr时分离磁珠。
图17a和17b示出了与前面讨论的系统1410类似的另一移动磁体系统1510。移动磁体系统1510可以容纳在板1500中，所述板1500配置成包括在仪器900中。与板1400一样，板1500可以例如包括诸如图3b的支撑构件910的结构，所述结构用于将袋固定在仪器中并将袋保持抵靠本文别处所述的活塞，加压构件，密封件，加热器等。然而，在图示的视图中，磁系统1510在板1500的后侧上；在该图中未示出可以压靠袋510的板1500的表面(例如，图3b的表面944)。
移动磁体系统1510包括保持在扳手形臂1530中的磁体1520(例如，稀土磁体)。在所示实施例中，扳手形结构1530配置成围绕枢轴1525在限定弧形路径1540中摆动。移动磁体系统1510还包括定位成使臂1530的摆动在弧形路径1540的端部处停止的第一止动构件1550和第二止动构件1560。在一个实施例中，扳手形结构1530或枢轴1525可以联接到可以控制磁体1520的移动和定位的驱动电机等。通过围绕弧形路径1540摆动扳手形臂1530，磁体1520可以定位在图15a-15k中总体描述的各泡状结构和通道上。与磁系统1410一样，系统1510的磁体1520可以定位成便于从裂解泡状结构回收磁珠，洗涤，从珠洗脱核酸，以及在洗脱的核酸移开以用于第一阶段pcr时分离磁珠。
在一个实施例中，由路径1540限定的板1500的区域可以比板的其余部分更薄。例如，可以通过本领域已知的手段在板1500中机加工或以其他方式形成路径1540。在板1500中形成路径1540可以有助于限定和控制磁体1520的路径，并且可以省略止动构件1550、1560中的一者或两者。类似地，由于磁体在板1500远离袋的后侧并且用于拾取磁珠的磁力必须穿过板的材料，因此减薄路径1540的材料可以增加磁珠经受的磁力并且减小磁力的扩散(即分散)。更强、更集中的磁力可以使磁体更好地捕获和分离磁珠。例如，更强、更集中的磁力可以产生更紧凑的磁珠丸粒。
图17c示出了移动磁体系统1510a的另一实施例，其类似于图17a和17b中所示的移动磁体系统1510。与系统1510类似，移动磁体系统1510a可以容纳在板1500a中，所述板1500a配置成包括在仪器900中。移动磁体系统1510a包括保持在扳手形臂1530a中的磁体1520a(例如，稀土磁体)。在所示实施例中，扳手形结构1530a配置成围绕枢轴1525a在限定弧形路径1540a中摆动。在所示实施例中，移动磁体系统1510a包括驱动电机1574和驱动齿轮1570和1572，所述驱动电机1574和驱动齿轮1570和1572可以控制臂1530a和磁体1520a的移动和定位。电机1574和驱动齿轮1570和1572可以例如适于包括在图17a和17b的移动磁体系统1510中。
通过围绕弧形路径1540a摆动扳手形臂1530a，磁体1520a可以定位在图15a-15k中总体描述的各泡状结构和通道上。类似于磁系统1410，系统1510a的磁体1520a可以定位成便于从裂解泡状结构回收磁珠，洗涤，从珠洗脱核酸，以及在洗脱的核酸移开以用于第一阶段pcr时分离磁珠。
图18a和18b示出了类似于上述系统的移动磁体系统1610的另一实施例。移动磁体系统1610容纳在板1600中，所述板1610配置成包括在仪器900中。板1600类似于上面讨论的板1400和1500。板1600可以包括图3b中所示的门子组件908的元件。
移动磁体系统1610包括磁体1620(例如，稀土磁体)和可旋转环1630，所述可旋转环1630保持磁体1620并且配置成旋转以将磁体定位在别处总体描述的各泡状结构和通道上以促进从裂解泡状结构回收磁珠，洗涤，从珠洗脱核酸，在洗脱的核酸移开以用于第一阶段pcr时分离磁珠等。在所示实施例中，可旋转环1630经由可旋转环1630的一个表面上的齿1640以及附接到驱动电机1660的驱动轴1635和驱动轮1650联接到驱动电机1660。替代地，驱动轮1650可以通过摩擦而不是驱动轮和可旋转环上的啮合齿轮与可旋转环1630接合。类似地，驱动轮可以被省去并且用蜗轮代替，所述蜗轮定位和配置成与可旋转环1630上的齿1640啮合。
可以控制电机1660，使得磁体1620可以定位在袋的各泡状结构和通道上。例如，电机可以连接到控制系统，所述控制系统包括编程以将磁体定位在空间和时间所需的位置，使得磁体可以例如用图15a-15k中所示的磁珠实现步骤。
图19a和19b示出了移动磁体系统1710的又一实施例。与前述系统一样，移动磁体1710容纳在板1700中，所述板1700可以形成将袋510保持在仪器900中的适当位置的结构的一部分。板1700可以包括图3b中所示的门子组件908的一些元件。移动磁体系统1710与图18a和18b中所示的系统1610具有一些相似性。
移动磁体系统1710包括容纳在可旋转环1730中的磁体1720。可旋转环1730包括在一个面上的齿1735，所述齿与联接到电机1760的驱动齿轮系统相互啮合。驱动齿轮系统包括与可旋转环1730上的齿1735啮合的小驱动齿轮1740。小驱动齿轮1740联接到大驱动齿轮1745，所述大驱动齿轮1745与同电机1760同轴的齿轮1750啮合。当电机1760转动时，齿轮1750转动大驱动齿轮1745和小驱动齿轮1740，这使可旋转环1730旋转并定位磁体1720。
在一个实施例中，移动磁体系统1710以及本文讨论的其他移动磁体系统可以包括传感器系统，所述传感器系统可以检测移动磁体系统1710的状态，使得可以用关于磁体位于何处的信息动态地更新编程状态。在1770a、1770b和1780处示出了这样的系统的一个实施例。在所示实施例中，传感器1770a、1770b和1780是光学传感器，其配置成检测大驱动齿轮1745和可旋转环1730的相对位置。例如，可旋转环可以包括阻挡光学传感器1780的特征(未示出)。这样的特征可以告知系统1710何时磁体1720处于其“原始”位置(即，在所示实施例中大约6点钟)。传感器1770a和1770b可以光学联接到大驱动齿轮1745，以例如在大驱动器1745旋转时对通过的齿进行计数。通过整合来自传感器1780以及传感器1770a和1770b的信息，可以通过仪器确定磁体的位置，使得磁体可以定位在空间和时间上需要的位置，使得磁体可以例如实现图15a-15k中所示的步骤。尽管在前面描述了光学传感系统，但是可以领会，传感系统可以替代地或附加地包括可以直接检测磁体位置的磁传感器。类似地，尽管已参考图17a和17b描述了包括传感器1770a、1770b和1780的传感系统，但是应当领会，类似的系统可以包括在本文所述的任何移动磁体系统中。
加压构件和密封件
图20a-20h示出了用于移动在诸如袋510的样品容器内的流体的另一系统。该系统参考简化的袋1800示意性地示出，所述袋1800示出了一系列泡状结构1801-1807以及与泡状结构互连的通道1811a-1811c和1809a-1809c。为了清楚起见，袋1800缺少例如图2的袋510中描绘的许多细节。尽管系统结合简化的袋1800进行描绘，但是应当领会，用于使流体移动通过袋的一系列泡状结构的图20a-20h中所示的系统配置成与图2中所示的袋510以及本文和别处所述的其他袋和系统一起操作，如本领域中已知的。
当将袋1800放置在仪器(例如，类似于图3b的仪器900的仪器)中时，袋1800可以与一系列机械加压构件1810、1820a-1820c和1830a-1830b以及一系列密封件1840a-1840c、1850a-1850c和1860a-1860e接触，其可以用于选择性地将液体从选定泡状结构移出并控制袋1800中的流体运动的方向性。加压构件1810与泡状结构关联1801；加压构件1820a-1820c与泡状结构1802、1804和1806关联；加压构件1830a-1830b与泡状结构1803和1805关联。密封件1850a-1850c与通道1811a-1811c关联；并且密封件1840a-1840c与通道1809a-1809c关联。密封件1860a-1860e定位成密封来自配件的入口通道。参考图2和4详细描述类似的密封件和入口通道。在一个实施例中，密封件1860a-1860e可以是弹簧加载的密封件，其配置成允许流体从配件注入，通过入口通道并进入其相应的泡状结构，但是这限制液体从泡状结构回流到配件中，而没有任何主动控制。
在图20a-20h所示的实施例中，加压构件1820a-1820c机械地布置成使得它们一起加压其相应的泡状结构，并且类似地，加压构件1830a-1830b机械地布置成使得它们一起加压其相应的泡状结构。也就是说，例如，如果液体经由通道1809a从泡状结构1802移动到泡状结构1803，则泡状结构1802将由加压构件1820a推送。然而，即使在该示例中泡状结构1804和1806在此时是干燥的，泡状结构1804和1806也将同时被加压构件1820b和1820c加压。对于泡状结构1803和1805以及加压构件1830a和1830b，存在类似的布置。例如，如果要将泡状结构1803中的液体挤入泡状结构1802或1804中，则将致动加压构件1830a以将液体挤出泡状结构1080；即使泡状结构1805在该示例中是干燥的，加压构件1830b也将在加压构件1830a被致动的同时被致动。应当理解，当空泡状结构被加压时，对该泡状结构的加压将对液体流动通过袋没有影响。通过检查袋内基本上所有可能的流体运动，包括样品制备，核酸回收，第一阶段pcr和第二阶段pcr，发现将加压构件分组在一起的该系统机械简单且稳固，并且该“联合”方法允许使用例如仅三个致动器(例如，凸轮)用于加压构件，而不是每个加压构件均具有独立的致动器。然而，应当领会，对三个致动器的提及仅仅是说明性的，并且系统可以包括用于加压构件的更多或更少的致动器。
对于密封件1840a-1840c和密封件1850a-1850c，采用类似的方法。1840组和1850组各自在一个独立致动器上一起“联合”起来，但是，与加压构件示例不同，每个致动器(例如，凸轮)配置成使得密封件可以单独打开或关闭。例如，密封件可以是弹簧加载的，使得它们默认为“关闭”(即，密封)位置，并且凸轮可以配置成使得当凸轮旋转时密封件一次打开一个。在这样的布置中，用于例如硬密封件1840a-1840c的致动器可以通过旋转单个凸轮来致动，其中用于打开每个密封件的装置以不同的旋转角布置在凸轮上。也可以使用相反的布置，其中密封件默认打开并且例如当凸轮旋转时密封件一次一个地关闭。为了将液体限制在特定的泡状结构内或控制袋内的流动方向，密封件在通向泡状结构和来自泡状结构的通道上被启动(即，打开或关闭)，使得致动器用作夹管阀以夹闭通道。
现在参考图20b-20h，示出了“联合的”加压构件和密封件的系统如何可以用于将一定体积的流体从泡状结构1801移动到泡状结构1807。并且尽管在图20b-20h中示出了流体仅朝一个方向移动，但图20b-20h中所示的原理可以用于向后移动流体(例如，从泡状结构1803至1802至1801)或在两个或更多个泡状结构之间来回推动流体，以例如混合泡状结构的内容物。
现在参考图20b，一定体积的液体1808a存在于泡状结构1801中。以下一系列的图示出了如何使用参考图20a讨论的加压构件和密封件将该体积的液体(例如，水，缓冲液，细胞裂解物等)移动通过一系列泡状结构并最终移动到泡状结构1807。
参考图20b和20c，可以通过释放密封1850a并用加压构件1810挤压泡状结构1801以迫使液体通过通道1811a进入泡状结构1802而将该体积的流体1808a从泡状结构1801推送至1802。密封件1850a和加压构件1810可以被连续致动(例如，密封件1850a被释放，然后加压构件1810被致动，反之亦然)，或者它们可以基本上同时被致动。在所示的实施例中，泡状结构1801与独立的加压构件1810关联(即，它不是“联合的”)，所述加压构件可以独立于用于从其他泡状结构清除流体的加压构件而被致动。在图20c中，从泡状结构1801移动到泡状结构1802的流体的体积标记为1808b。
参考图20c和20d，通过释放密封件1840a并致动加压构件1820a、1820b和1820c，可以将流体1808b的体积从泡状结构1802挤压至泡状结构1803。如上所述，在该示例中，当首先致动加压构件1820a、1820a和1820c时，在泡状结构1802中仅有液体——加压构件1820a将液体1801b的体积从泡状结构1802挤出并经由通道1809a进入泡状结构1803，而加压构件1820b和1820c挤压干燥的泡状结构。然而，由于密封件的作用，即使在多个泡状结构中存在流体，参考图20a-20h描述的系统仍可用于在袋1800中产生流体的定向流动。也就是说，在该示例中，如果在泡状结构1804和1806中的一者或两者中存在流体，则本文描述的系统可以分离泡状结构1804和1806中的一者或两者中的流体并且在加压构件被致动的同时通过仅释放密封件1840a并将其他密封件保持在适当位置，允许流体从泡状结构1802移动到泡状结构1803。
参考图20d和20e，通过释放密封件1850b并致动加压构件1830a和1830b，可以将流体1808c的体积从泡状结构1803挤压至泡状结构1804。与对加压构件1820a、1820b和1820c的讨论中一样，加压构件1830a在其中具有流体的泡状结构上致动，而同时致动的加压构件1830b在干泡状结构上致动。加压构件1830a和1830b的致动和硬密封件1840a的打开也可以用于将流体体移动回到泡状结构1802。加压构件1820a、1820b和1820c以及加压构件1830a和1830b的重复连续致动与例如密封件1840a的打开可以用于混合泡状结构1802和1803的内容物。在本文所述的方法中的若干步骤中使用在相邻泡状结构之间来回移动流体，其利用袋来例如进行核酸回收，水合和混合试剂，并进行洗涤。类似地，打开密封件1840a和致动加压构件1830a和1830b，接着关闭密封件1840a，打开密封件1850a，以及致动加压构件1820a、1820b和1820c，可以用于例如将流体从泡状结构1803移动到泡状结构1802再到1801，如上面参考磁珠的水合并将水合磁珠移动到泡状结构1801以进行dna结合和在泡状结构1801中从裂解物进行回收。
参考图20e和20f，通过释放密封件1840b并致动加压构件1820a、1820b和1820c，可以将流体1808d的体积从泡状结构1804挤压至泡状结构1805。参考图20f和20g，通过释放密封件1850c并致动加压构件1830a和1830b，可以将流体1808e的体积从泡状结构1805挤压至泡状结构1806。参考图20g和20h，通过释放密封件1840c并致动加压构件1820a、1820b和1820c，可以将流体1808f的体积从泡状结构1806挤压至泡状结构1807。
图21a示意性地示出了板1900，其包含可以结合到仪器900中的加压构件/密封组件1902。具有加压构件1810、1820a-1820c和1830a-1830b以及密封件1840a-1840c和1850a-1850c的板1900形成加压构件/密封组件1902。板1900配置成当袋放置在仪器中时压靠袋的一个面，使得加压构件和密封件可以接触它们相应的泡状结构和通道，使得加压构件的启动可以推动来自袋的一个或多个泡状结构的液体和/或密封件可以与袋的一个或多个通道形成夹管阀。袋的泡状结构和通道与加压构件和密封件之间的关系在上面在图20a-20h中更详细地示出。
现在参考图21b、21c和21d，示出了加压构件和密封件以及用于致动加压构件和密封件的系统的示例性实施例的部分剖视图。在图21b中，更详细地示出了上面讨论的加压构件1820a-1820c。尽管选择加压构件1820a-1820c用于进一步说明，但是应当领会，加压构件1830a和1830b可以相同或类似地配置。在所示实施例中，每个加压构件包括加压构件头部1910和加压构件主体1920。加压构件主体可以通过本领域已知的任何手段制造，例如但不限于注塑，压铸，3d打印或机加工。加压构件主体1920可以由本领域已知的任何耐用材料制成，例如但不限于金属(例如，铝，铝合金，铜铅合金等)，塑料(例如，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，abs，peek等)，以及金属和塑料复合材料。在所示实施例中，加压构件主体1920为大致圆柱形并且配置成在板1900中形成的通道(未示出)中来回滑动(即，朝向袋510和离开袋510)。然而，在其他实施例中，加压构件主体可以具有其他轮廓(例如，椭圆形)，或者它们可以配置成以例如十字形轮廓嵌入板中。
在一个实施例中，加压构件头部1910可以由与加压构件主体1920相同的材料制成，或加压构件1910和加压构件主体可以由不同的材料制成。在一个实施例中，加压构件头部1910可以由弹性材料制成，使得当挤压泡状结构时，加压构件头部1910至少部分地与泡状结构一致。例如，这可以允许加压构件将更多的流体挤出泡状结构并使得从泡状结构转移流体更高效。可用于加压构件头部的弹性材料的示例包括但不限于氯丁橡胶，聚氨酯泡沫，聚酰亚胺泡沫和泡沫橡胶。如果加压构件头部1910由与加压构件主体1920的材料不同的材料形成，则不同的材料可以整体地或分开地制造。在一个示例中，加压构件头部1910可以是弹性垫(例如，背面粘的氯丁橡胶垫)，其粘附到加压构件主体1920的远端。这样的垫可以例如是现场可更换的并且将保护加压构件主体免受磨损。
仍然参考图21b，每个加压构件主体1920的远端附接到连接杆1930。连接杆1930又连接到凸轮1940。连接杆1930和凸轮1940可以配置成使得凸轮1940在一个方向上的旋转可以使加压构件从板1900突出以接触袋的泡状结构并将液体挤出选定泡状结构。类似地，连接杆1930和凸轮1940可以配置成使得凸轮1940在相反方向上的旋转可以使加压构件从袋的泡状结构撤离。在另一实施例(未示出)中，凸轮1940可以是例如凸角凸轮，其配置成使得凸轮1940在一个方向上的旋转可以使加压构件延伸以接触袋并缩回离开袋。然而，应当领会，前面的描述仅仅是说明性的，并且其他配置也是可能的。例如，加压构件可以是弹簧加载的，使得它们被偏置在不接触袋的位置。在这样的配置中，凸轮或杠杆可以配置成压在加压构件主体1920或连接杆1930的最近端上以向前推动加压构件以接触袋。
在一个实施例中，包括加压构件1820a-1820c和1830a-1830b的加压系统可以包括一个或者多个位置传感器、或反馈控制系统，以确保流体在泡状结构之间完全推送。由于加压构件是成组致动的(即，它们是“联合的”)并且由于联合组中的加压构件可能对液体填充的泡状结构有不同的反应(与该“联合”所遇到的空泡状结构相比)，因此位置传感器/或反馈控制可以提高流体在泡状结构之间移动的效率。
例如，当加压构件1820a-1820c或1830a-1830b的“联合”向前移动以迫使流体从一个泡状结构到另一泡状结构时，当加压构件遇到流体填充的泡状结构时力开始快速上升。在一个实施例中，该系统可以包括力传感器，位置传感器和/或反馈编程，其可以发信号通知与流体正在被推送的泡状结构关联的加压构件和硬密封件流体缩回。缩回相对联合中的硬密封件和加压构件允许流体移动并且压力下降。然而，在一个实施例中，加压运动可以继续确保泡状结构完全排空。随着推送行程继续(基本上抵靠仪器门加压于袋泡状结构)，力将继续上升。当力达到预定阈值持续给定时间段(控制努力)时，反馈系统被编程以确定加压完成。可以编程不同的系统参数以包括不同的预定阈值和不同的时间段(即，不同的控制努力)。由于其依赖于力和时间来确定加压效率，这样的编程能够适应袋厚度、仪器尺寸等的微小变化。
图51a示出了可以在本文描述的仪器中(例如，在图3a的仪器800或图3b的仪器900中)使用的一组加压构件1821a-1821c和1831a-1831b的另一实施例。在所示实施例中，每个加压构件包括加压构件头部5110和加压构件主体5120。加压构件主体5120包括细长轴5122，所述细长轴将远侧头端5110连接到驱动系统；下面将参考图51b描述驱动系统的实施例。每个加压构件包括弹簧5125，所述弹簧5125可以配置成使加压构件朝向或离开袋偏置。在所示的实施例中，弹簧5125配置成使加压构件朝向袋偏置，使得用于在泡状结构之间挤压流体的加压力是弹簧张力的函数。因此，可以通过增加或减小弹簧5125的尺寸或刚度来调节流体移动力。在这种情况下，不需要改变仪器编程或任何其他仪器参数以增加或减小加压力。在所示实施例中，主体轴5122包括与弹簧5125的近端5132关联的在主体的近端上的第一止动件5131和示意性地示出的与弹簧5125的远端5134关联的在主体的远端上的弹簧基座5133。在示例性实施例中，弹簧基座5133可以是附接到板1900的后部的结构，其提供工作表面(例如，止动件)以加压弹簧以朝向袋偏置加压构件1821a-1821c和1831a-1831b。
加压构件主体可以通过本领域已知的任何方法制造；以上参考图21b讨论了制造方法和材料的示例。在所示实施例中，加压构件头部5110为大致圆柱形并且配置成在板1900中形成的通道中来回滑动(即，朝向袋510和离开袋510)，例如，如图21a中所示。然而，在其他实施例中，加压构件头部5110可以具有其他轮廓(例如，卵形)，或者它们可以配置成以例如十字形轮廓嵌入板中。
在一个实施例中，加压构件头部5110可以由与加压构件主体5120相同的材料制成，或加压构件5110和加压构件主体可以由不同的材料制成。在一个实施例中，加压构件头部5110可以由弹性材料制成，使得当挤压泡状结构时，加压构件头部5110至少部分地与泡状结构一致。例如，这可以允许加压构件将更多的流体挤出泡状结构并使得流体从泡状结构转移更有效。上面针对加压构件头部1910讨论了弹性材料的示例以及它们如何附接到主体。
仍然参考图51a，每个加压构件主体5120的远端经由驱动轴5140上的驱动槽5130机械地联接到驱动轴5140。如图20a-20h中示意性地所示，加压构件1821a-1821c和1831a-1831b可以配置成以相对的“联合”布置致动/缩回。因此，加压构件1821a-1821c可以各自与驱动轴5140上的一个角位置处的相应驱动构件关联，并且加压构件1831a-1831b可以各自与驱动轴5140上的另一角位置处的相应驱动构件关联。在一个示例中，用于加压构件1821a-1821c和用于加压构件1831a-1831b的驱动构件可以在驱动轴5140上彼此分开大约180°，使得不同组的加压构件可以彼此相对地致动/缩回。
现在参考图51b，示出了加压构件1821a的剖视图，示出了可以用于致动/缩回加压构件的驱动系统的实施例。尽管在图51b中仅示出了加压构件1821a，但是应当领会，加压构件1821a-1821c和1831a-1831b可以连接，并且驱动系统可以用于致动/缩回所有加压构件1821a-1821c和1831a-1831b。在所示实施例中，驱动构件5135装配到驱动槽5130中；驱动槽5130具有近端5130a和远端5130b。驱动构件5135包括从驱动构件5135延伸的驱动销5145(在剖视图中，示出了驱动销5145的一半)并且装配在槽5130中。驱动销5145来回移动以用可以联接到电机等(未示出)的驱动齿轮5150、5155和5160致动/缩回加压构件1821a。
在所示的实施例中，弹簧、驱动构件和驱动槽布置成当加压构件被向前致动以迫使液体从一个泡状结构到另一泡状结构时允许加压构件部分地从驱动系统脱离。例如，这可以减小对系统的机械部件的应力并且允许加压构件更完全地将在泡状结构之间推送流体。例如，如果加压构件将流体从泡状结构544移动到546(图2)，则当加压构件1821a在544处遇到流体填充的泡状结构时可以部分地从驱动系统脱离，而加压构件1821b和1821c可以被驱动到他们的行程结束，驱动系统试图驱动液体。然后加压构件1821a可以保持就位直到1840a以及加压构件1831a和1831b缩回，然后弹簧提供力以完成从泡状结构544到泡状结构546的流体推送。尽管该示例参考流体从泡状结构544移动到546而呈现，但应当领会，该原理适用于由加压构件1821a-1821c和1831a-1831b推送的其他泡状结构。
然而，可以领会，前面的描述仅仅是说明性的，并且其他配置也是可能的。例如，加压构件可以是弹簧加载的，使得它们被偏置在不接触袋的位置。在这样的配置中，凸轮或杠杆可以配置成压在加压构件主体5120的最近端上以向前推动加压构件以接触袋。类似地，尽管在前述实施例中使用机械加压构件，但是当在本文中使用术语“加压构件”或“致动器”时，应当理解可以使用其他致动器和提供压力的其他方式，例如但不限于气动致动器，伺服机构，开关等，这取决于袋和仪器的配置。
现在参考图21c，更详细地示出了上面讨论的密封件1850a-1850c。尽管选择密封件1850a-1850c用于进一步说明，但是应当领会，密封件1840a-1840c可以相同或类似地配置。在所示的实施例中，每个密封件包括密封件主体1950。与加压构件主体一样，密封件主体可以通过本领域已知的任何手段制造，例如但不限于注塑，压铸或机加工。密封件主体1950可以由本领域已知的任何耐用材料制成，例如但不限于金属(例如，铜铅合金或铝)，塑料(例如，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，abs，peek等)，以及金属和塑料复合材料。在所示的实施例中，密封件主体1950为大致圆柱形并且配置成在板1900中形成的通道(未示出)中来回滑动。然而，在其他实施例中，密封件主体可以具有其他轮廓(例如，卵形)，或者它们可以配置成以例如十字形轮廓嵌入板1900。
每个密封件主体1950的近端可以与致动杆1952联接或一体形成。致动杆1952包括结构1954，所述结构1954可以机械联接到凸轮1956上以不同旋转角设置的凸角(未示出)或类似结构，其允许在凸轮1956旋转时一次一个地致动每个密封件。在一个实施例中，密封件(例如，密封件1850a-1850c)可以是弹簧加载的，使得通过凸轮旋转的致动打开(即，释放)密封件，使得流体可以自由地流动通过泡状结构之间的通道。在另一实施例中，密封件、凸轮1956和结构1954可以配置成使得凸轮1956在一个方向上的旋转可以使密封件一次一个地关闭它们的相关通道。然而，应当领会，前面的描述仅仅是说明性的，并且其他配置也是可能的。例如，密封件可以是弹簧加载的，使得它们偏置在不接触袋的位置。在这样的配置中，凸轮或杠杆可以配置成压在密封件主体1950或致动杆1952的最近端上以向前推动密封件以接触袋。类似地，尽管在当前公开的实施例中使用机械密封件，但是当在本文中使用诸如“致动器”的术语时，应当理解可以使用其他致动器和提供压力的其他方式，例如但不限于气动致动器，伺服机构，开关等，这取决于密封件和仪器的配置。
在一个实施例中，密封件头部1958可以由与密封件主体1950相同的材料制成，或者它可以由不同的材料制成。在一个实施例中，密封件头部1958可以由弹性材料制成，使得当密封件被致动时，密封件头部1958至少部分地与通道周围的材料一致。例如，这可以允许密封件以较小的施加力更完全地密封通道。可以用于密封件头部1958的弹性材料的示例包括但不限于氯丁橡胶，聚氨酯泡沫，聚酰亚胺泡沫和泡沫橡胶。如果密封件头部1958由与密封件主体1950的材料不同的材料形成，则不同的材料可以整体地或分开地制造。与上面讨论的加压构件头部1910的示例一样，密封件头部1958可以是粘附到密封件主体1950的远端的弹性垫(例如，背面粘的氯丁橡胶垫)。例如，这样的垫可以是现场可更换的并保护密封件主体1950免受磨损。
在一个实施例中，密封件主体的远端可以配备有密封件头部1958，所述密封件头部1958由类似于上述加压构件头部1910的弹性材料形成。当密封件被致动时，这样的密封件头部1958可以至少部分地与通道一致。例如，这可以允许密封件在通道上形成更有效的密封。在相关实施例中，密封件头部1958可以形成有凸脊结构1959等。凸脊结构1959可以增加密封件在通道上的局部密封压力，从而提高密封效率。另外，如上所述，硬珠搅打器珠和磁珠在运行过程中偶尔会进入泡状结构之间的通道，并且那些颗粒可能在袋中形成针孔，例如，如果它们被密封件挤压。弹性脊结构1959可以减少这样的针孔的情况，原因是脊1959可以充当可以将颗粒推向一侧的一种刮板，或者薄脊本身可以被颗粒推开，使得珠搅打器颗粒不会被密封件在袋材料层之间加压。这样的密封件头部1958也可以是例如现场可更换的。
图52a和52b示出了类似于图21c中所示的密封件1850a-1850c的密封系统的另一实施例。与密封件1850a-1850c和密封件1840a-1840c相反，图52a中所示的密封件1841a-1841f由单个凸轮轴5256缩回/致动。也与密封件1850a-1850c和密封件1840a-1840c相反，图52a中所示的密封件1841a-1841f可以是弹簧加载的，使得密封件压靠在袋上以通过弹簧作用密封泡状结构内通道，并且凸轮用于缩回密封件以解封通道以允许液体流动。参考图20a的泡状结构编号方案，密封件1841a定位成密封泡状结构1801和1802之间的通道，密封件1841b定位成密封泡状结构1802和1803之间的通道，密封件1841c定位成密封泡状结构1803和1804之间的通道，密封件1841d定位成密封泡状结构1804和1805之间的通道，密封件1841e定位成密封泡状结构1805和1806之间的通道，并且密封件1841f定位成密封泡状结构1806和1807之间的通道。
在所示的实施例中，密封件1841a-1841f的每一个包括密封件主体5250。与加压构件主体一样，密封件主体可以通过本领域已知的任何手段制造，例如但不限于注塑，模铸或机加工。如先前示例中一样，密封件主体5250可以由本领域已知的任何耐用材料制成。如先前示例中一样，密封件主体5250为大致圆柱形并且配置成在形成于板1900中的通道(未示出)中来回滑动；然而，密封件主体可以具有其他轮廓。每个密封件主体5250的近端可以与致动杆5252联接或一体形成。在所示实施例中，密封件主体5250和致动杆5252与弹簧构件5251关联，密封件1850a-1850c和密封件1840a-1840c、图52a中所示的密封件1841a-1841f偏置密封件主体以压靠袋以通过弹簧力密封泡状结构内通道。在其远端处，致动杆5252可以联接到凸轮从动件结构5254，所述凸轮从动件结构5254与在凸轮轴5256上以不同旋转角设置的凸角(或类似结构)机械地相互作用，其允许在旋转时每个密封件一次一个或更多地缩回。然而，应当领会，前面的描述仅仅是说明性的，并且其他配置也是可能的。
现在参考图52b，更详细地示出了凸轮轴5256的实施例。凸轮轴5256包括在与凸轮从动件对应的各角位置处的多个凸角，用于致动/缩回每个密封件1841a-1841f。在所示实施例中，凸角5258a和5258b定位用于致动/缩回密封件1841a，凸角5260定位用于致动/缩回密封件1841b，凸角5262定位用于致动/缩回密封件1841c，凸角5264a和5264b定位用于致动/缩回密封件1841d，凸角5266定位用于致动/缩回密封件1841e，并且凸角5268定位用于致动/缩回密封件1841f。密封件1841a和1841d的位置具有超过一组的凸角，并且密封件1841e和1841f的位置具有加倍的凸角，原因是在说明性实施例中，这些密封件被打开超过一次以完成袋运行中的流体运动。
凸轮轴5256上的凸角定位成使得袋运行所需的所有密封件打开可以通过单个凸轮的旋转来实现。凸轮5256的旋转允许以图20a-20h中所示的简化方案以z字形方式进行泡状结构间的流体移动，并且还允许更复杂的流体移动，例如在泡状结构之间的混合，用于例如产品/试剂混合，在第二阶段pcr之前的第一阶段pcr产物的稀释等。在凸轮轴5256及其凸角的所示实施例中，有六个位置用于密封件缩回。表1描述了凸轮轴5256上的凸角位置和在每个位置处打开的密封件的所示实施例。然而，应当领会，这仅是对应于所示实施例的一个示例，并且其他布置和密封件打开序列是可能的并且在本说明书的范围内。
在一个实施例中，在袋运行中完成所有流体移动步骤、泡状结构之间的混合步骤等所需的所有密封件打开可以通过在单一方向旋上转凸轮轴5256来实现。在另一实施例中，凸轮轴5256可以双向旋转以用于一些密封件打开和流体移动。在说明性但非限制性的示例中，凸轮轴5256可以从位置4移动到5到4到5到6或者用于一些流体移动步骤的另一序列。
图21d示出了密封件1860b-1860d的实施例，密封件1860b-1860d可定位成密封来自配件的入口通道。例如，参考图2和4描述了从配件到袋的泡状结构中的入口通道和可以密封该入口通道的仪器中的密封件。在一个实施例中，密封件1860b-1860d可以是弹簧加载的密封件，每个密封件被偏置以密封它们相应的入口通道并且可缩回以允许流体从配件注入，通过入口通道，并且进入它们相应的泡状结构中，但是限制液体从泡状结构回流到配件中。
在所示实施例中，密封件1860b-1860d包括“眉毛”形密封表面1960b-1960d，其可成形为封闭来自配件的入口通道。例如，如图21a中所示，密封件1860b-1860d可以与加压构件1820a-1820c关联。尽管可以使用其他形状(例如，直的，相反拱形等)，但是可以使所示实施例中的密封件1860b-1860d的拱形形状适应相邻加压构件的形状。
在所示实施例中，每个密封件具有可以偏置密封件以默认密封入口通道的关联弹簧1962、以及机械地联接到当轴1966旋转时可以缩回密封件1860b-1860d的凸轮轴1966上的凸角的结构1964。图21e更详细地示出了轴1966。在所示实施例中，轴1966包括凸角1969b-1969d，每个凸角与相应的密封件1860b-1860d关联。在所示的实施例中，凸角1969b-1969d全部处于相同旋转角的位置，使得密封件1860b-1860d将全部一起缩回。然而，应当领会，其他布置是可能的。在所示实施例中，轴1966还包括可以用于致动加压构件1810的凸角1968。
前面板衬垫
现在参考图22a-23b，示出了前面板衬垫2910。在图22a和22b中，前面板衬垫2910在仪器900的子组件2900的背景下示出。图23a和23b示出了衬垫2910的平面图和等距视图。
说明性子组件2900包括图3b的子组件902、904和906(子组件906的说明性实施例也在例如图21a的1900处示出)，包括密封件/加压构件组件916、例如参考图3b和9-9d讨论的推送系统902、例如参考图14a和14b讨论的珠搅打器组件912、以及配置用于第二阶段pcr的加热器组件918的实施例。前面板衬垫2910尺寸确定成和配置成配合在子组件2900的板1900的密封件/加压构件组件916和珠搅打器组件912上，以例如在袋和仪器的敏感内部部件之间形成保护屏障。例如，如果在运行期间袋泄漏，则前面板衬垫2910可以防止袋的内容物进入并损坏仪器的敏感内部部件。类似地，前面板衬垫2910可以防止扩增的核酸、活生物体等在袋泄漏的情况下污染仪器。取决于袋泄漏的性质，前面板衬垫2910可以用传统的清洁剂清洁或更换。在一个实施例中，前面板衬垫2910设计成可现场更换(即，可由最终用户更换，而不一定由仪器维护人员更换)。
现在参考图23a和23b，示出了前面板衬垫2910的详细视图。前面板衬垫2910包括第一表面3000和第二表面3005。第一表面3000是与袋接触的“外”表面，并且第二表面3005是与密封件/加压构件组件916和珠搅打器组件2906接触的“内”表面。第一表面3000包括定位成帮助密封件封闭袋的各个通道的突起3010a-3010d和3020a-3020f。突起3010a-3010d定位成与例如在图20a中示出的密封件1860a-1860e一起工作。如参考图20a所述，密封件1860a-1860e通常是弹簧加载的被动密封件，其定位成防止流体从泡状结构流回到配件中。突起3020a-3020f定位成与密封件1850a-1850c和1840a-1840c一起工作。突起3010a-3010d和3020a-3020f通过将密封件的压力集中在横跨通道的小区域上来帮助密封件封闭袋的各个通道。
说明性地，前面板衬垫2910的第一表面3000还包括拉片3030，所述拉片3030有助于移除前面板衬垫2910以进行清洁和/或更换。前面板衬垫2910还包括与第二表面3005的外边缘同延的环3040(例如，模制环)。环3040尺寸确定成和配置成与图22a中所示的边缘2920紧密配合以将前面板衬垫2910联接到子组件2900。
参考图23c，前面板衬垫2910的后表面3005可以包括例如可以帮助向泡状结构间流体推送提供方向性的特征。如图22a和22b中所示，前面板衬垫2910可以定位在加压构件上，作为加压构件和袋之间的中间层。这样的定向特征可以例如帮助增加加压构件和袋泡状结构之间的接触，并且可以帮助加压构件更充分地将流体从泡状结构移出。在所示的示例中，加压构件将倾向于接触特征的凸起端部并使流体朝向较薄的端部移动。在第一示例中，特征3050包括第一半圆形楔形件3050a和第二半圆形楔形件3050b，当加压构件被致动时所述第一半圆形楔形件3050a和第二半圆形楔形件3050b可以倾向于使加压构件首先离开流体填充的泡状结构的较厚的上边缘和下边缘并朝向泡状结构的中心挤压流体并挤出中心通道。在第二示例中，特征3052是圆形楔，其可能倾向于使加压构件离开凸起端部3052a并朝向较薄端部3052b挤压流体。尽管示出了这两个示例，但是应当领会，凸起的楔形特征可以以任何组合使用以通过前面板衬垫和加压构件之间的配合产生期望的流体流动/挤压离开模式。
窗口气囊
第二阶段pcr发生在阵列580的孔582中(参见例如图3a、3b和4)。为了启动第二阶段pcr，通过将第二阶段pcr主混合物/稀释模板混合物保持在高温(例如，约90℃)，可选地同时也将阵列580加热至高温(例如，约75℃)，实现机械热启动。然后用该混合物充满阵列580和孔582，该混合物在其个体孔中水合个体第二阶段pcr引物。为了密封pcr孔并从第二阶段阵列清除多余的流体，仪器中的透明塑料气囊(在本文中称为“窗口气囊”)可以在阵列被充满后在阵列上充气膨胀。该窗口气囊的充气膨胀还具有将阵列轻轻地压靠在第二阶段pcr加热器(图3b中的918)上以促进热传递的效果。
窗口气囊的示例在图3b中的936处示出。气囊936被称为“窗口气囊”，原因是它包括第二阶段pcr阵列582上的区域，在此处照相机996和光源998定位用于产生和观察来自阵列582的荧光信号。因而，在使用荧光或其他光学检测的实施例中，优选的是窗口气囊936由光学透明且荧光最少的材料制成。如下面将更详细讨论的，许多这样的材料在本领域中是已知的。
除了前述之外，在一些实施例中，可优选的是仪器中的窗口气囊是用户可更换的。例如，在大量仪器运行之后，窗口气囊可能会被划伤或发生泄漏。在这样的情况下不必返回仪器进行维修，可优选的是用户能够更换窗口气囊。
类似地，除了前述之外，在一个实施例中，窗口气囊还可以高效且有效地从第二阶段pcr阵列清除多余的流体。例如，从第二阶段阵列清除多余的流体可以降低pcr循环时间(即，较少量的液体可以更快地循环)。而且，清除多余的流体可以帮助抑制第二阶段pcr阵列的相邻孔之间的串扰。如已经通过引用并入本文的美国专利no.8,895,295中讨论的，当第二阶段阵列设置有允许填充第二阶段孔并且在很大程度上抑制串扰的穿孔覆盖层时，用窗口气囊减少孔外部的多余液体的体积可能有助于增强这种效果。
现在参考图24，示出了窗口气囊3500的第一示例。窗口气囊3500包括由一层或多层光学透明聚合物材料组成的窗口3510。窗口气囊3500可以包括一个或多个突片等(参见例如突片3512)，以便于安装和/或移除窗口气囊。窗口气囊3500包括配置成与门子组件908或支撑构件910中的一个上的互补表面紧密配合的密封环3514和密封表面3516。例如，密封环3514和密封表面3516可以用密封环3514、密封表面3516上的粘合剂、一个或多个o形环(未示出)或其组合与门子组件908形成气密密封。窗口气囊3500可以经由可以例如联接到通道(未示出)的气体管线978(参见例如图3b)充气膨胀，所述通道布置在门子组件908中并且流体连接到窗口气囊3500后面的空间。
现在参考图25a和25b，示出了窗口气囊3600的另一实施例。窗口气囊3600包括透明窗口3610和围绕窗口气囊3600的周边的结合区域(例如，激光、热或声波焊接)3612。如图25c中所示，窗口气囊3600包括第一材料层3616和第二材料层3618，其在边缘上结合在一起以在两层之间形成可充气封套。第一材料层3616和第二材料层3618可以是单材料层，或者它们均可以包括结合在一起的两个或更多个材料层。用于第一和第二层3616和3618的材料的合适示例包括但不限于挠性塑料膜或其他挠性材料，例如聚酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，聚碳酸酯，聚丙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，以及它们的混合物。在一个实施例中，通过以形成可充气气囊的方式将至少两个塑料膜层层压在一起来制造窗口气囊3600。
再次参考图25a和25b，窗口气囊3600包括接管3614，所述接管3614流体连接到填充通道3618和形成在两个层之间的封套。在一个实施例中，接管3614可以连接到气体管线978，所述气体管线978连接到压缩气体源995(参见图3b)以用于窗口气囊3600的充气膨胀。
现在参考图26和27，示出了窗口气囊3700和3800的替代实施例。窗口气囊3700和3800包括窗口气囊3600的许多特征，并且类似的元件编号相似。窗口气囊3700和3800包括透明窗口3710和3810以及热结合区域3712和3812。相比之下，窗口气囊3700和3800均包括长柄部3716和3816，其包括填充通道3718和3818。填充通道3718和3818可以与先前示例中一样例如在3714或3814处流体连接到接管。替代地，可以例如直接连接到压缩气体源的气体管线可以通过孔3714或3814插入并且结合在柄部3716或3816中。除了前述之外，窗口气囊3800包括额外的热焊接线3813a和3813b，其在充气时可以在气囊3800中产生扭结。例如，这样的扭结可以定位成使得当气囊膨胀时膨胀的气囊不能阻挡来自阵列的排出通道(参见例如图2的通道565)以有助于从阵列排出多余的流体。在膨胀的窗口气囊中产生选定扭结的这样的焊接线或其他结构可以包括在本文所述的其他窗口气囊实施例中。
在一个实施例中，窗口气囊3600、3700或3800可以用粘合环(未示出)在阵列580上的门子组件908或第二支撑构件910中的一个上保持就位。例如，粘合环可以对应于热焊接区域3610、3710或3810。因而，用户可以接近门子组件908或第二支撑构件910并通过剥离旧气囊并将新气囊固定在其位置更换窗口气囊。在一个实施例中，诸如接管3614和孔眼3613的结构可以用于帮助将窗口气囊相对于门子组件908或第二支撑构件910中的一个并相对于阵列580对准。在一个实施例中，窗口气囊3500、3600、3700和3800可以尺寸确定成和配置成与阵列580尺寸相同或略大或略小于阵列580。
除了前述之外，本案发明人发现，可能需要将窗口气囊设计成使其能够以受控方式打开。例如，如果气囊可以逐渐打开，从一个边缘开始并以波浪状方式穿过气囊移动到相对边缘，则气囊实际上可以“擦拭”流体离开阵列580，导致更好排空的阵列并可能减少串扰。图28a和28b示意性地示出了如何实现这一点的两个示例。
图28a示意性地示出了窗口气囊3900a，其包括在材料层之间的可充气封套中呈梯度布置的一系列焊缝3912(例如，工程化粘性点)，其中在底部边缘3914处具有相对较少的焊缝，在顶部边缘3916处具有相对较多的焊缝。当气囊3900a膨胀时，焊缝将倾向于使气囊保持闭合；粘性焊缝的梯度将倾向于允许气囊3900a首先在底部边缘(即3914)处打开，波浪朝向顶部边缘(即3916)前进。
图28b示意性地示出了另一窗口气囊3900b。气囊3900b可以由具有可以部分地粘附到其自身的固有粘性的材料制成。用于这种窗口气囊的合适材料的示例是ecdel，其是由eastman化学公司制造的材料。ecdel是一种可热封且光学透明的弹性体共聚物材料。与气囊3900a相反，气囊3900b可以制造成具有梯度点3920(例如，印刷的墨点，激光改性点等)，其抵消材料的固有粘性，使得具有更多点3922的端部可以首先膨胀，波浪朝向顶部边缘3924前进。诸如ecdel的材料也可能期望的，原因是它们具有一定的弹性，并且如果窗口气囊抵靠袋的表面过度膨胀，那么由于窗口气囊弹性变形，所以气囊可以将流体挤出阵列580。
第二阶段pcr加热器
图29示出了可以在图3b的仪器或另一类似仪器中使用的第二阶段pcr加热器918a的实施例。尽管可以在两个或更多个温度之间快速且准确地热循环的珀尔帖加热器对pcr有效，但在一些实施例中可能希望将加热器保持在恒定温度。说明性地，这可以用于通过消除超过转变样品温度所需时间的转变加热器温度所需时间来减少运行时间。类似地，珀尔帖装置在温度之间的循环过程中消耗其大部分功率；加热器，无论是珀尔帖装置还是标准电阻加热器，如果保持恒温，都会消耗更少的功率。
加热器918a是图3a中所示的第二阶段加热器888或图3b中所示的第二阶段加热器918a的替代方案。说明性地，加热器组件918a包括三个加热器4100、4101和4102，其设置在圆形安装件4104中，由电机4103圆形地驱动，使得当每个加热器顺序地移动到邻近阵列581的位置时一次一个加热器地接触阵列581。加热器4100、4101和4102可以是珀尔帖装置，电阻加热器，电磁加热器，薄膜加热器，印刷元件加热器，正温度系数加热器或本领域已知的其他加热器。
在一个实施例中，加热器4100可以设定在退火温度，例如60℃，加热器4101可设定在延长温度，例如72℃，加热器4102可以设定在变性温度，例如94℃。在另一实施例中，加热器4100可以设定在退火温度，例如60℃，并且加热器4102可以设定在变性温度，例如94℃，而加热器4101可以主动冷却到低温，例如室温或更低。在这种情况下，变性温度和退火温度之间的快速热循环的实现可以通过用加热器4102变性，旋转到加热器4101以尽可能快地降低温度，并旋转到加热器4100进行退火。在这样的实施例中，退火和延长可以设定为在相同温度下发生。在另一实施例中，加热器4100可以配置用于在退火温度和延长温度之间的有限热循环。例如，加热器可以在63℃进行退火，并且可以升温至68℃进行延长。通过加热器4100循环的这种有限循环可以是快速的，并且在这样的有限温度范围内循环的功耗成本是最小的。在另一实施例中，加热器4100可以设定在延长温度(例如，68℃)，并且退火的完成可以通过允许反应在冷却的加热器4101处过冲(即，过冷)并且然后旋转到加热器4100以再加热通过退火温度直至延长温度。然而，应当理解，这些温度仅是说明性的，并且可以使用其他温度和其他数量的加热器。对于许多应用，两个加热器足矣。由于难以移动袋510内的阵列581，因此移动加热器4100、4101和4102以接触阵列581。安装件4104可以仅在一个方向上移动，其中加热器4100、4101和4102的每一个依次接触阵列581，或者安装件可以在顺时针和逆时针方向上移动，例如在每个pcr循环之后改变方向。
尽管加热器4100、4101和4102设置在安装件4104中并且相对于阵列581移动，但是应当理解，这仅仅是说明性的，并且可以提供两个或更多个静止的加热器，并且阵列581可以相对于加热器旋转。
示例1：高密度pcr
在一个示例中，已知用于常见呼吸道病毒的标准商业免疫荧光测定可以检测七种病毒：腺病毒，piv1，piv2，piv3，rsv，甲型流感和乙型流感。更完整的组说明性地包括用于其他病毒的测定，所述其他病毒包括：冠状病毒，人偏肺病毒，鼻病毒和非hrv肠道病毒。对于高度可变的病毒，例如腺病毒或hrv，理想的是使用多个引物靶向病毒谱系的所有分支(例如分别4个外部引物组和4个内部引物组)。对于其他病毒，如冠状病毒，有4种不同的谱系(229e，nl63，oc43，hku1)，所述谱系在不同季节之间没有不同，但它们的分歧足够大，需要独立的引物组。
示例2：袋加载
图30示出了加载站600。如图所示，图2的袋510已被加载到加载站600的槽610中，使得仅可看到袋510的配件590。如图所示，加载站600设置有用于保持样品瓶650的样品瓶接收器602和用于保持水合瓶670的水合瓶接收器604。然而，应当理解，接收器和瓶用于辅助工作流程并且仅是说明性的。其他配置和与其他袋和其他装置一起使用也在本公开的范围内。
将样品移液或以其他方式加载到样品瓶650中。如下面更详细讨论的，取决于工作流程，样品瓶650可已经包含用于接收生物样品的缓冲液或其他流体652，或者操作者可以将合适缓冲液中的生物样品添加到样品瓶650。可选地，缓冲液可以在独立的安瓿中被提供，并分配有适量的缓冲液。类似地，水合瓶670可以预加载水，缓冲液或其他流体672，或者操作者可以用这种流体加载水合瓶670。
说明性配件590包括例如形成在配件590的第二表面595附近的注入口541。如图所示，注入口541位于样品注入开口563中，所述样品注入开口563配置成通过配件590的第一表面594接收套管转移容器，例如套管注射器。在该说明性配置中，注入口541被保护免于意外穿刺，并且在将套管转移容器放入样品注入开口563中之前不打开。类似地，说明性配件590包括例如形成在配件590的第二表面595附近的第二注入口588。并且位于水合流体注入开口583中，其配置与样品注入开口563类似。如在该说明性实施例中所配置的，注入口541用于接收待测试的样品，其可以接收到腔室592a中，用柱塞570a移动到袋510中或直接移动到裂解泡状结构522(图2)中。第二注入口588配置用于接收水合流体672(在图7中显示)，例如水或缓冲液，所述水合流体672将移动到腔室592b至592l，以随后通过柱塞570b-570l移动通过入口通道515b至515l。应当理解，注入口541和588以及开口563和583的布置是说明性的，并且其他配置也在本公开的范围内。
如图31中最佳示出的示例性样品瓶650由顶表面662、瓶主体654和套管655组成，其布置类似于许多套管注射器。在该说明性实施例中，不同于在许多套管注射器中发现的柱塞，样品瓶650设置有帽658，用于延伸通过顶表面662以用于密封主体654。说明性地，操作者将倾倒、移液、插拭、舀取固体或半固体材料，或以其他方式将流体和/或其他材料通过顶表面662中的开口657转移到瓶主体654中。
取决于待测样品的类型，样品瓶650可以设置有例如位于瓶主体654的六边形底表面666处或附近的过滤器646。如图所示，过滤器646由o形环644保持在适当位置。然而，应当理解，过滤器646可以通过粘合剂、通过焊接、通过压配合就位或通过本领域已知的其他方式保持在适当位置。当套管655插入样品注入开口563中并且样品被吸取到袋510中时，样品材料在其通过过滤器646吸取到套管655中时并被过滤。尽管过滤材料的选择取决于样品类型和粒度，适用于各种生物样品的过滤器包括pall100μmabsoluteultipleatpolypropylenemeltblownmedia和millipore80μmpolypropylenenetfilter。大多数注射器过滤器设计成排除一定大小的生物体，由此从滤液除去那些生物体。与这样的预先存在的过滤器不同，对这些说明性过滤器的选择基于它们排除在粪便、土壤、粉末等中存在的较大颗粒同时允许直径大约60μm或小于60μm的目标生物体(例如，细菌，病毒，原生生物和真菌生物)通过过滤器的能力。而且，说明性过滤材料是惰性的(即不结合生物体或核酸)并且相对抗堵塞。应当理解，选择这些说明性过滤器用于包括原生生物作为靶标生物(高达约60μm)的样品。由于某些袋配置可能仅针对较小的靶标进行测试，因此可能需要具有较小孔径的过滤器，例如对于细菌和真菌，孔径为1-10μm的过滤器，并且如果将仅检测病毒颗粒，则孔径小于1μm。当然，较大孔径的过滤器仍可用于过滤较小的靶标。这样的过滤器对于具有大量颗粒物质的样品类型特别有用，例如可能堵塞流体系统的土壤、粪便和粉末。此外，应当理解，孔径是基于待过滤的材料选择的，并且其他孔径也在本发明的范围内。
应当理解，可以在瓶主体654中提供可用于样品制备的干燥的一种或多种组分。这样的添加剂可以包括缓冲剂，稳定剂，蛋白酶，dna酶，dna酶抑制剂，rna酶，rnase抑制剂，溶菌酶，还原剂等。替代地，这样的组分可以包括在样品缓冲液中，或者可以在样品离开瓶650用于进一步处理之后在下游添加。应当理解，这样的添加剂的选择取决于样品类型和所需的进一步处理。有助于降低粘度或有助于溶解度以允许样品通过过滤器646的添加剂特别有用。
如图所示，底帽664设置有六边形部分666，其配置成配合到六边形样品瓶接收器602中。尽管在说明性实施例中六边形部分666和样品瓶接收器是六边形的，但应当理解可以使用其他形状，并且可以提供六边形或其他紧密配合或互锁的形状以帮助操作者移除底帽664。替代地，操作者可以通过其他手段移除底帽664，例如使用两只手从瓶主体654扭转底帽664。底帽664可以压配合、螺纹连接到或以其他方式固定到瓶主体654上。
在说明性实施例中，底帽664设置有座648，由此套管655的底端659延伸到座648中。说明性地，套管655的底端659紧密地配合到座648中，使得座648提供围绕套管655的开放底端659的气密密封。可选地，通气孔649设置在底帽664和瓶主体654之间。
现在转向图32，水合瓶670可以与样品瓶650类似地配置。然而，可能需要用水合流体672预加载水合瓶670并预密封水合瓶670中的水合流体672，如图32中所示。如图32中所示，说明性水合瓶670包括顶表面682，瓶主体674和套管675，其布置类似于样品瓶650的布置。然而，说明性水合瓶670的帽678的舌部680已经压配合到顶表面682的开口677中，并且帽678可以密封到顶表面682，由此防止水合瓶670打开。该布置仅是说明性的，并且应当理解，本文设想了将水合流体672密闭在水合瓶670内的其他方式。说明性地，瓶主体674和套管675可以被提供全满或基本全满的流体，使得操作或旋转水合瓶670将不允许空气进入套管675。替代地，一些空气685或其他气体可以存在于瓶主体674内，并且操作者可以将水合体保持在直立位置以防止空气进入套管675。在又一替代实施例中，可以在压力下提供空气685，并且移除底帽684将导致水合流体被迫通过套管675。如图所示，水合瓶670未设置有过滤器，但是如果需要可以提供一个过滤器。
可以提供底帽684以保持可能从套管675滴下的任何流体，以及防止套管675中的水合流体672的污染。擦拭器683可以设置在底帽684中以从套管675的底部擦拭多余的流体。擦拭器683的圆锥形状还可以有助于在随后的操作和处置期间保持底帽684中的液滴。在说明性实施例中，底帽684设置有六边形部分686，用于与六边形水合瓶接收器604紧密配合，但是其他形状也是可能的，如上面关于样品瓶650所述。水合瓶670的六边形部分686和六边形水合瓶接收器604可以具有与样品瓶650的六边形部分666和六边形样品瓶接收器602不同的尺寸和/或不同的形状，使得仅样品瓶650将容易地装配到样品瓶接收器602中并且仅水合瓶670将容易地装配到水合瓶接收器604中，以减少操作者混淆样品瓶650和水合瓶670的机会，使得通过端口541和588注入适当的流体。另外，样品瓶650和注入开口563可以部分或完全地以匹配的特定颜色例如红色被提供，而水合瓶670和注入开口583可以部分或完全地以不同的匹配特定颜色例如蓝色被提供，以在端口541和588中提供适当流体方面为操作者提供视觉帮助。为了进一步最小化将错误液体插入错误注入开口的风险，套管655的直径可以与套管675的直径不同，并且样品注入开口563和水合流体注入开口583的直径可以类似地不同。其他配置在本公开的范围内。
返回图30，说明性地，为了加载袋510，操作者将样品瓶650放入加载站600上的样品瓶接收器602中并且将水合瓶670放入加载站600上的水合瓶接收器604中。袋510也将放入槽610中。样品将以适合于样品类型的任何方式放入样品缓冲液652中，包括插入拭子630，移取流体样品，将患者血液直接滴入瓶主体，以及将诸如粪便的固体或半固体样品放入瓶主体中，并且可选地涡旋或其他混合，这是本领域的标准。取决于样品类型和所需的靶标核酸，样品缓冲液可以含有一种或多种添加剂或稳定剂，例如用于处理生物或环境样品，例如蛋白酶，dnase，dnase抑制剂，rnase，rnase抑制剂，溶菌酶等。附加地或替代地，这些添加剂可以提供在袋510中。优选地，在涡旋或混合之前，操作者将通过穿过开口657放置帽658的舌部660来闭合样品瓶650。插入舌部660对容纳在瓶主体654内的空气加压。说明性地，舌部660具有等于或大于套管655的体积的体积。说明性地，当移除底帽664时，座648和套管655的底端659之间的气密密封被破坏，并且基本上所有空气被挤出套管655。如果舌部660的体积大于套管655的体积，这将有助于确保最大量的空气从套管655排出。被迫进入并可能通过套管655的流体量的任何溢流可以在底帽664中被捕获并通过擦拭器663从套管655的底部移除。通过完全或基本上完全填充套管655，在加载袋时袋510中的气泡量最小化。一个或多个通气孔649可以有助于底帽664与水合瓶650分离。
由于底帽664设置有配置成配合到六边形样品瓶接收器602中的六边形部分666，因此在底帽接合接收器602时操作者可以容易地拧下底帽654，由此暴露套管655。套管655然后插入样品注入开口563并被推入，打开注入口541。袋590内的真空(或相对于大气压或袋外压力袋内减少的压力)说明性地迫使样品通过过滤器(如果存在的话)，在有或没有来自瓶主体的压力的情况下，可以用于将样品抽吸到袋510中，例如进入配件590中的腔室592a，用于随后移动到裂解室522中。通过确保套管655基本上填充有流体652，从样品瓶650移动到袋510中的空气或其他气体的量被最小化，由此使气泡的尺寸和数量最小化。此外，当使用具有柱塞的现有技术注射器并且袋590内的真空抽吸流体时，柱塞沿注射器下拉，由此平衡注入器内的压力。在图30-31的实施例中，由于每个瓶主体的顶部处的开口是密封的，因此当来自袋590内部的真空从瓶中抽取流体时，瓶也将经受负压并且可以使样品脱气并从泡状结构590吸出一些剩余的气泡。然后从样品注入开口563取出套管655，并根据方案处置样品瓶650和底帽664。由于瓶主体654处于负压下，当取出套管655时，可以从注入口541附近收集的气泡可以从袋510中抽出，进一步减少袋中的气泡。
类似地，操作者将底帽684从水合瓶670拧下，由此暴露套管675。如果水合瓶670的内容物在压力下提供，则当套管675从座692分离时，少量的水合流体可能泄漏到底帽684中。一个或多个通气孔693可以帮助底帽684与水合瓶670分离。套管675然后插入水合注入开口583中并推入，打开注入口588。来自配件590内部的真空可以用于将水合流体抽吸到袋510中，例如进入腔室592b-592l，用于随后移动到袋510的各个泡状结构中。从水合注入开口583移除套管675，从加载站600移除袋510并将其放入仪器中800，并开始运行。应当理解，瓶的移除仅是说明性的。如果仪器和瓶的配置允许，瓶可以永久地插入注入口中，由此成为袋的封闭系统的一部分并使样品的污染最小化。在这样的实施例中，可以不需要密封棒。
在上面讨论的样品瓶650的说明性实施例中，舌部660具有等于或大于套管655的体积的体积。在袋510具有1ml的填充体积的一个示例性实施例中，瓶主体654可以带有1.5ml的样品流体652和在样品流体上方的体积1ml的空气645。因此，空气占瓶主体654的体积的40％。然而，应当理解可以使用空气的其他百分比，包括10％，20％，30％，50％，60％，70％，80％，以及其间的量。当舌部660通过开口657插入时，样品流体上方的空气被压缩，例如约50％，但在40-60％，30-70％，20-80％和10-90％范围的压缩都是可能的。应当理解，对空气和样品流体的体积的选择取决于样品的尺寸，套管的直径，是否需要在进行流体反应之前移除瓶，以及许多其他因素。例如，无论流体系统的填充体积如何，舀取或擦拭的样品可能需要样品流体的显著更大体积。
说明性瓶主体654和674为圆柱形。然而，由于这些说明性瓶没有设置柱塞，因此应当理解瓶主体不需要具有圆形横截面，并且任何主体形状都在本发明的范围内。
图33-35示出了加载站600和瓶650、670的替代实施例，其中相似的数字表示类似的部件。如图8中所示的加载站700可以类似于加载站600，具有样品瓶接收器702和水合瓶接收器704，以及用于接收袋510的槽710，类似于图2中所示的那些。然而，根据至少一个实施例，接收器的形状和位置在加载站600和加载站700之间显著不同。例如，在至少一个实施例中，与加载站600的接收器602、604相比，接收器702和704更接近袋510。由于该减少的距离，在加载袋510时发生滴落的机会较少。此外，如图34和35中最佳所示，样品瓶750的底帽764设置有四个相对短的翅片767，其配合在样品瓶接收器702的四个匹配槽703内，并且水合瓶770的底帽784设置有两个相对较长的翅片787，其配合在水合瓶接收器704的两个匹配槽705内。这些翅片分别代替瓶650和670的六边形部分666和686。底帽764上的较大数量的翅片767防止样品瓶750放置在水合瓶接收器704中，并且底帽784的较长翅片787防止水合瓶770放置在样品瓶接收器702中。然而，应当理解不同尺寸和数量的翅片的使用仅是说明性的，并且不同的嵌入系统在本公开的范围内。如上面关于加载站600所讨论的，加载站700的接收器702、704可以用于帮助底帽764、784从它们相应的瓶主体754、774拧下，以帮助加载过程。
尽管样品瓶650、750和水合瓶670、770用于加载袋510的说明性示例中，但应当理解这些加载瓶适合于加载本文公开的任何袋，包括加载附件3900(见下文)。它们还适合于加载其他流体或微流体装置，尤其是配置成使用真空或抽吸将液体吸入流体装置的流体装置。
示例3：泡状结构之间的过滤器
与在封闭系统中使用珠相关的问题之一是珠有时可以与所需的样品组分一起朝下游运载。例如，用于例如袋510中的珠搅打珠(例如，zr珠)或磁珠有时可以朝下游运载到用于核酸回收或pcr扩增的泡状结构中。关于例如图15a-15k描述的磁珠回收系统可以用于改善该问题，但它们并不总能消除该问题。
在一个实施例中，通过将过滤器元件插入袋中的一个或多个通道中，可以防止珠在泡状结构间流动(并通过其间的通道)。包括过滤器元件的这种袋的实施例在图36a和36b、37a和37b以及38中示出。图36a和36b示意性地示出了具有两个说明性泡状结构2610和2620以及其间的过滤器元件2630的袋2600。在所示实施例中，第一泡状结构2610包括一定量的珠2615(例如，zr珠或磁珠)。过滤器2630密封在适当的位置，使得珠2615不能从泡状结构2610运载至泡状结构2620。过滤器2630通过多个密封件2640a-2640e保持在袋材料中的适当位置。
尽管可以使用其他容器，但是说明性地，袋2600由两层挠性塑料膜或其他挠性材料(例如聚酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，聚碳酸酯，聚丙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，以及它们的混合物)形成。在一个实施例中，以形成泡状结构和通道的方式通过将至少两层塑料膜层压在一起而制成袋2600，例如通过热密封。过滤器材料的选择取决于样品类型和所需的孔径。通常，过滤器的孔径选择为足够大以能够使除珠之外的液体中的所有材料通过。在一个实施例中，过滤器的孔径在约5至100μm(例如，50至90μm或7至12μm)的范围。优选地，过滤器元件由与用于形成袋的材料相容的材料制成，使得过滤器可以在通道中热密封而不损害袋或过滤器。合适的过滤器包括但不限于由porex制造的各种聚乙烯过滤器(例如，por-4903和xs-por-7744)。
再次参考图36a，过滤器元件在袋的两侧在过滤器元件在2640a和2640b处的每个端部处密封在通道中。参考示出沿线b-b的横截面的图36b，可以看出过滤器元件2630在顶部2640c和底部2640d处密封，并且在过滤器2640e的表面上密封以防止液体(和珠)围绕过滤器2630流动。
参考图37a和37b，示出了具有过滤器元件2730的袋2700的另一实施例。图36a和36b中所示的设计的一个潜在缺点在于过滤器的表面积受到限制，并因此流速受到限制。图37a和37b中所示的实施例试图通过不同地密封袋2700中的过滤器元件来解决该缺点。在所示实施例中，袋包括第一泡状结构2710，第二泡状结构2720和由过滤器元件2730保持在适当位置的一定量的珠2715(例如，zr珠或磁珠)。
如上所述，过滤器2730在顶部2740c和底部2740d上密封就位。图37a和37b中所示的实施例通过密闭袋的仅一侧上的每个端部(相对侧被密封)来有效地增加过滤器2730的表面积。这在图37b中最佳地示出，图37b是沿着线b-b横跨过滤器元件2730的横截面。密封件2740a被施加到过滤器元件2730的一个端部上的袋的一个表面上，并且密封件2740b被施加到袋的相对表面。通过密封袋的相对侧上的端部，防止液体围绕过滤器2730流动，但是液体可以流动通过过滤器的整个表面。
参考图38，示出了具有过滤器元件2830的袋2800的另一实施例。图38的实施例类似于图37，除了过滤器元件2830包括使得更容易放置在所需通道中的一些特征。
袋2800包括第一泡状结构2810，第二泡状结构2820和由过滤器元件2830保持在适当位置的一定量的珠2815。过滤器2830在端部2840a和2840b以及顶部和底部密封就位以形成过滤器通道2832，类似地如上面关于图37a和37b所述。过滤器元件2830包括在顶部和底部处的框架元件2834a和2834b以便于过滤器元件2830的放置。
在一个实施例中，过滤器元件可以放置在袋(例如，图2的袋510)中泡状结构522和544之间(即，裂解泡状结构和第一下游泡状结构之间)和/或泡状结构546和548之间(即，保持磁珠的泡状结构和混合试剂以准备泡状结构550中的第一阶段pcr的泡状结构之间之间)。在泡状结构522和544之间放置过滤器将防止珠搅打珠污染下游泡状结构和通道。在泡状结构546和548之间放置过滤器将另外防止zr珠和磁珠污染pcr扩增。
在泡状结构522和544之间放置过滤器将改变上面关于在泡状结构522、544和546之间移动磁珠以进行核酸回收的方案。然而，由于过滤器元件的放置将允许泡状结构522完全清空而不用担心向下游传送zr珠，因此通过在泡状结构544和546之间推动裂解物和磁珠或通过将磁珠保持在泡状结构546中并通过迫使裂解的样品进入和离开泡状结构546收集在泡状结构546中分离的珠上的核酸，可以快速且有效地实现核酸回收。
示例4：替代的袋加载附件
图39a示出了加载附件3900，其可以用于将样品或水合流体加载到装置中，包括但不限于图5中所示的装置(配件590)。加载附件3900代表使用如图30所示的样品瓶650和水合瓶670的替代方案。加载附件3900包括第一夹具3902和第二夹具3904。在图39a和39b所示的实施例中，第一夹具3902和第二夹具3904包括颈部3908a和3908b。颈部3908a和3908b的每一个包括第一端部和第二端部，第一端部与马蹄形构件的顶点连接。马蹄形构件包括在第一夹具3902上的臂3920a和3920b，而第二夹具3904包括臂3920c和3920d。每个臂从弯曲部分延伸，弯曲部分包括马蹄形构件的顶点。颈部3908a和3908b的每一个的第二端部连接到加载筒3906的轴。本领域技术人员将容易理解，除了颈部3908a和3908b之外，可以使用其他配置来形成两个夹具(第一夹具3902和第二夹具3904)和加载筒3906之间的连接，并且在一些实施例中可以仅需要一个夹具。夹具也可以用本领域已知的其他夹子、扣子、紧固件等代替以将加载附件3900锁定在配件上。加载筒3906还包括在加载筒3906的第一端部处的开口3910。待测定的样品或水合流体可以通过开口3910插入加载附件3900中。加载附件3900可以由本领域已知的耐用材料制成，所示耐用材料例如但不限于，金属(例如，铜铅合金或铝)，塑料(例如，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，abs，peek等)，以及金属和塑料复合材料。
在说明性实施例中，第二夹具3904还包括斜面针3912。在图39a所示的实施例中，斜面针3912从加载筒3906的内腔延伸，通过第二夹具3904的马蹄形构件的顶点，但是本领域技术人员将理解，斜面针3912可以定位在加载筒3906上的其他位置。如图39a的实施例中所示，斜面针3912的尖端3918从第二夹具3904的顶点的内表面突出。
图39c提供了斜面针3912的实施例的更详细的图示。斜面针3912还包括开口3914，所述开口3914通向斜面针3912的内腔，并且当加载附件3900与诸如配件590的装置连接时，样品流体或水合流体可以行进通过所述开口3914。斜面针3912还包括钝跟部3916。在一个说明性方法中，可以通过将钝化工具(例如平头螺丝刀)压入斜面的头部来钝化跟部，但是本领域技术人员将容易理解，可以采用其他方法来钝化斜面针3912的跟部。
使用注射器上的22号标准针形成斜面针3912的一个实施例。使用具有以大约30°角固定的精细研磨切割轮的
通过将第一夹具3902和第二夹具3904卡扣到配件590上，加载附件3900可以连接到装置，例如图30和33中所示的配件590。说明性地，图39b示出了如下的实施例，其中第一夹具3902的臂3920a和3920b以及第二夹具3904的臂3920c和3920d中的每一个围绕注入口541和588卡扣，因此将两个加载附件3900保持就位。当附接到注入口541时，可以使用加载附件3900将样品转移到配件590中。图39b示出了围绕注入口588卡扣的第二加载附件3900，在该情况下加载附件3900可以用于将水合流体转移到配件590。
当这两个加载附件3900中的每一个卡扣就位时，斜面针3912可以刺穿注入口541和注入口588，由此形成路径，加载到每个加载筒3906的开口3910中的流体可以通过所述路径行进通过斜面针3912的管腔并进入注入口541和588。如前面参考图30所讨论的，例如，袋510内的真空(或相对于大气压力或袋510外部的压力袋510内降低的压力)可以说明性地从已卡扣到注入口541和588的每个加载附件3900的加载筒3906抽吸样品和水合流体，通过斜面针3912的管腔，并进入配件590的腔室592a。
钝跟部3916通过帮助防止液体泄漏通过注入口541和588中由针穿刺产生的开口而提供安全特征。图40a-40d示出了注入口中由针产生的针刺的比较，所述针具有锐跟部(图40a和40b)或钝跟部(图40c和40d)。图40a示出了具有注入口的锐跟部穿刺壁4004的针4002的点。穿刺部位产生塞子4006。当针4002穿过穿刺部位时，锐跟部切穿塞子4006并且可以使塞子4006的碎片4012粘附到锐跟部。在该示例中，塞子4006的其余部分沿着针4002的轴向后滑动。在没有包括片段4012的塞子4006件的情况下，由针穿刺产生的开口未被塞子4006完全覆盖。这导致壁4004中的开口，流体可以通过所述开口泄漏。在注入口541的情况下，这种泄漏可能释放可能污染用户和/或环境的感染性或有毒物质。此外，注入口541或588中的任一个中的开口将通过产生污染物的进入点而破坏封闭系统。这样的污染物可能影响pcr反应，这可能导致错误的结果。
图40c和40d示出了包括钝跟部的斜面针3912的实施例，并且示出了其刺穿注入口的壁4004的示例。在该示例中，斜面针3912形成塞子4010。当斜面针3912首先刺穿壁4004时，其产生的塞子类似于由针4002产生的塞子(比较图40a和40c)。相比之下，当斜面针3912穿过壁4004时，斜面针3912的钝跟部抓住塞子4010并且不像针4002那样切穿它。相反，当斜面针头3912穿过壁4004时斜面针3912的钝跟部可以抓住并拉伸塞子4010。塞子4010未被切开或撕裂，并且能够覆盖由针刺产生的开口并防止通过壁4004泄漏。封闭系统得到保持，防止外部材料接近pcr试剂，防止试剂损失，并防止潜在有害样品泄漏出来以暴露用户和/或环境。此外，没有使用过的针来处置或潜在地戳刺用户，因为在使用之后不需要从配件590移除加载附件3900。因此，斜面针3912在其与样品和/或试剂接触后保持未暴露。
示例5：替代的珠搅打器系统
为了更好地评估上文并参考图41a-46所述的桨叶式珠搅打器系统，将原型桨叶式珠搅打器系统的性能与例如在美国专利no.8,895,295和9,102,911中描述的当前商业
在图47所示的第一实验中，用不同的dna和rna对照和完整的纯化酵母孢子将标准
在说明性实验中，每个袋运行被分成两部分：(1)注入和珠搅打(或缺乏)，和(2)使用标准方案的剩余运行，包括核酸模板回收，第一阶段pcr，第二阶段pcr和荧光检测。将
在图47所示的结果中，rna模板对照(baal3和baalin1)的扩增不受filmarray珠搅打、桨叶式珠搅打或无珠搅打的影响。也就是说，在该说明性示例中，无论处理如何，所有样品都具有相似的交叉点(cp)。pombe对照(pombe10.04，pombe5.19tailed和pombe8.05)是不同的靶标，它们都是从冷冻干燥的schizosaccharomycespombe细胞扩增而来的，这些细胞相对容易裂解(可能是由于冷冻干燥)并且也相对不受各种裂解方案影响。也就是说，无论处理如何，所有pombe测定都具有相似的cp。pombe8.05似乎确实显示出一些基于处理的变异性，但由于pombe测定全部是相同生物体的扩增子，因此不清楚该变异性是否与裂解相关或是否是人工制造的。然而，酵母孢子(beerin)根据裂解方案显示出很大的变异性。阴性(即无裂解)对照显示裂解不良，交叉点广泛扩散，以及一些失败的测定。相比之下，filmarray珠搅打和桨叶式珠搅打性能相似，并且桨叶式珠搅打可能显示出更紧密的cp分布。令人惊讶的是，桨叶式珠搅打用15秒的珠搅打时间获得了与在filmarray系统中的一分钟的珠搅打相当的结果。
现在参考图48a-48c，将在桨叶式珠搅打的不同速度和不同时间下裂解的不同细胞类型的cp与filmarray数据进行比较。图48a-48c是每个测定的时间对cp的图。图中的点根据其速度给出符号(见图例)；图中的每个点代表2的n。水平线表示对照数据，并且水平线表示无珠搅打或60秒的filmarray珠搅打(见图例)。
图48a示出了酵母孢子的珠搅打结果。低桨叶式珠搅打器速度(2000rpm和3172rpm)产生差的结果(即，晚cp)。8800和10000rpm的较高速度，以及60和69秒的较长时间往往产生最早的cp。值得注意的是，在8800rpm和15秒的珠搅打下，结果与filmarray珠搅打条件相当甚至更好。
图48b和48c示出了炭疽孢子(δsterne)的结果。与酵母孢子类似，炭疽孢子小而坚固，通常难以裂解。同样，低桨叶式珠搅打器速度(2000rpm和3172rpm)产生差的结果(即，晚cp)。8800和10000rpm的较高速度，以及60和69的较长时间产生了更令人满意的结果，并且8800rpm和15秒的珠搅打结果再次与filmarray珠搅打条件相当甚至更好。对于所有这些条件，更高速度(即6000rpm或更高)下的桨叶式珠搅打器与60秒filmarray对照运行性能一样或更好。
在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其他特定形式实施。所描述的实施例在所有方面都应被视为仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附条款而不是前面的描述表示。尽管为了说明本发明而在本文和所附发明公开内容中包括某些实施例和细节，但是对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离在所附条款中限定的本发明范围的情况下对本文公开的方法和装置进行各种改变。在条款的含义和等同范围内的所有变化都包含在其范围内。
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