通过控制温度的分子操作和检测的制作方法

交叉引用

本申请要求2017年2月8日提交的临时申请序列号62/456,596的权益，将其全部内容并入本文。

背景技术：

在某些化学、生物和/或医学检测中，需要重复进行热循环和快速精确的温度控制。一个具体的例子是聚合酶链式反应(pcr)，其用于扩增一个或多个样品中的预定核苷酸(例如dna)。在pcr中，遵循预定的热控制循环将样品重复地加热和冷却到特定温度。在某些情况下，需要能够快速且均匀地改变样品的温度。

技术实现要素：

以下简要概述并不旨在包括本发明的所有特征和方面。本发明提供了用于快速改变样品热循环以促进诸如但不限于pcr的反应的装置、系统和方法。本发明的一个方面是使用两个可移动的薄板将液体样品压成均匀的薄层。本发明的另一方面是用于控制最终样品厚度的间隔件。本发明的另一方面是用于核酸扩增的快速改变样品温度和生物/化学过程的装置和系统。

附图说明

本领域技术人员将理解，下面描述的附图仅用于说明目的。附图不旨在以任何方式限制本发明的范围。在一些情况下，附图不是完全按比例绘制的。在给出实验数据点的图中，连接数据点的线仅用于引导观察数据，而没有其他意义。

图1示出了本发明的装置的实施例的透视图和截面图；图(a)示出了处于开放构造的装置的实施例；图(b)示出了当样品单元处于闭合构造时的装置的实施例，其中，样品被压成两个板之间的薄层，辐射源被定位成将电磁波投射到样品上，样品的温度被辐射源快速改变。

图2示出了本发明的系统的实施例的透视图和截面图；图(a)示出了当装置(系统的样品单元)处于开放构造时的系统的透视图；图(b)示出了当样品单元处于闭合构造时的系统的截面图。

图3示出了本发明的系统的实施例的截面图，演示了系统并且示出了促进温度改变和控制的附加元件。

图4示出了本发明的另一实施例的透视图，其中，板上有多个样品接触区域，允许处理和分析多个样品。

图5示出了本发明的示例性实施例的截面图，演示了如何添加和压缩样品。

图6示出了本发明的示例性实施例的截面图，演示了pcr方法。

示例性实施例的详细描述

以下详细描述通过示例而非限制的方式示出了本发明的一些实施例。本文使用的章节标题和任何副标题，如果有，仅用于组织目的，而不应被解读为以任何方式限制所描述的主题。章节标题和/或副标题下的目录不限于章节标题和/或副标题，而是适用于本发明的整个描述。

对任何出版物的引用是为了在申请日之前予以公开，并且不应当被解读为承认本发明权利要求因在先发明而无权先于这些出版物。此外，所提供的公开日期可以不同于实际的公开日期，，其可能需要单独确认。

应当注意，附图并不旨在以严格的比例示出元件。为了清楚起见，一些元件在图中示出时被放大。元件的尺寸应当根据本文提供的描述描绘，并通过引用并入。

qmax装置

术语“crof卡(或卡)”、“cof卡”、“qmax卡”、q卡”、“crof装置”、“cof装置”、“qmax装置”、“crof板”、“cof板”以及“qmax板”是可互换的，除了在一些实施例中，cof卡不包括间隔件；并且这些术语是指一种装置，该装置包括第一板和第二板，第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造(包括开放构造和闭合构造)，并且该装置包括调节板之间的间距的间隔件(cof的一些实施例除外)。术语“x板”是指crof卡中的两个板之一，其中间隔件固定到该板。cof卡、crof卡和x板的更多描述在2017年2月7日提交的临时申请序列号62/456065中进行描述，出于所有目的将其全部内容并入本文。

图1示出了本发明的装置的实施例的透视图和截面图。图(a)示出了处于开放构造的装置(也称为系统的“样品单元”)100。如图(a)所示，样品单元100包括第一板10、第二板20以及间隔机构(未示出)。第一板10和第二板20分别包括外表面(分别为11和21)和内表面(分别为12和22)。每个内表面具有样品接触区域(未示出)，用于接触该装置将要处理和/或分析的流体样品。

第一板10和第二板20可相对于彼此移动成不同的构造。这些构造之一是开放构造，其中，如图1的图(a)所示，第一板10和第二板20是部分或完全分开的，第一板10和第二板20之间的间距(即第一板内表面11和第二板内表面21之间的距离)不由间隔机构调节。开放构造允许样品沉积在样品接触区域中的第一板、第二板或两者上。

如图1的图(a)所示，第一板10还包括位于样品接触区域中的辐射吸收层112。第二板20也可能可选地或附加地包括辐射吸收层112。在一些实施例中，辐射吸收层112配置为有效地吸收照射到其上的辐射(例如电磁波)。吸收百分比为50％或以上、60％或以上、70％或以上、80％或以上、90％或以上、95％或以上、99％或以上、100％或以下、85％或以下、75％或以下、65％或以下，或55％或以下，或任两个值之间的范围内。辐射吸收层112还配置为将吸收的辐射能量的至少大部分转换成热(热能)。例如，辐射吸收层112配置为在从电磁波吸收能量之后以热的形式释放辐射。本文所用的术语“大部分”或“基本”是指50％或以上、60％或以上、70％或以上、80％或以上、90％或以上、95％或以上、99％或以上、99％或以上，或者99.9％或以上的百分比。

在一些实施例中，辐射吸收层112包括材料/结构，包括但不限于金属等离子体表面、超材料、黑硅、石墨、碳纳米管、硅夹层、石墨烯、超晶格、等离子体材料、能够有效吸收电磁波并将吸收的能量转换成热能的任何材料/结构，以及它们的任何组合。在某些实施例中，辐射吸收层112包括碳纳米管。

在一些实施例中，辐射吸收层包括点耦合点柱天线(d2pa)阵列，诸如但不限于2010年5月21日提交的美国临时专利申请号61/347,178、2012年4月10日提交的美国临时专利申请61/622,226、2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/801,424、2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/801,096、2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/801,933、2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/794,317、2014年12月10日提交的美国临时专利申请号62/090,299、2012年10月1日提交的美国临时专利申请号61/708,314、2011年5月20日提交的pct申请号pct/us2011/037455，2013年3月15日提交的pct申请号pct/us2013/032347、2014年3月15日提交的pct申请号pct/us2014/029979、2014年3月14日提交的pct申请号pct/us2014/028417、2014年3月16日提交的pct申请号pct/us2014/030108、2013年10月1日提交的pct申请号pct/us2013/062923、2013年6月13日提交的美国专利申请号13/699,270、2014年8月13日提交的美国专利申请号14/459,239、2015年9月30日提交的美国专利申请号14/871,678、2013年3月15日提交的美国专利申请号13/838,600、2014年8月13日提交的美国专利申请号14/459,251、2015年3月25日提交的美国专利申请号14/668,750、2015年9月11日提交的美国专利申请号14/775,634、2015年9月11日提交的美国专利申请号14/775,638、2014年3月16日提交的美国专利申请号14/852,412、2015年12月9日提交的美国专利申请号14/964,394、2015年10月5日提交的美国专利申请号14/431,266中描述的d2pa阵列，其全部公开内容出于所有目的通过引用并入本文。

图1的图(b)示出了样品单元100处于闭合构造时的透视图和截面图。该截面图示出了装置的一部分，而没有示出样品单元100或间隔机构的整体。如图(b)所示，样品单元100包括第一板10、第二板20以及间隔机构(未示出)。在图1的图(b)中，第一板10和第二板20处于闭合构造。在闭合构造中，两个板11和21的内表面彼此面对，并且两个板102之间的间距由间隔机构调节。因此，如图所示，两个板将沉积板中的一个或两个上的流体样品90压成一层，该层的厚度由间隔机构(未示出)调节。

在一些实施例中，为了实现样品中的快速且均匀的热变化，将样品压成薄层。层的厚度为500μm或以下、200μm或以下、100μm或以下、50μm或以下、20μm或以下、10μm或以下、5μm或以下、2μm或以下、1μm或以下、500nm或以上、1.5μm或以上、2.5μm或以上、7.5μm或以上、15μm或以上、30μm或以上、75μm或以上、150μm或以上、或者250μm或以上。样品层的厚度越小，试剂扩散更快且/或热传导更快。在一些实施例中，用非精确压力压紧两个板，该压力既不设定到精确水平也不是基本均匀的。在某些实施例中，直接用人手按压两个板。

如图1中的装置的截面图所示，辐射吸收层112跨越样品接触区域。然而，应当注意，辐射吸收层的横向区域也可以仅占据样品接触区域的一部分，其百分比为约1％或以上、5％或以上、10％或以上、20％或以上、50％或以上、80％或以上、90％或以上、95％或以上、99％或以上、85％或以下、75％或以下、55％或以下、40％或以下、25％或以下、8％或以下、2.5％或以下。在一些实施例中，为了促进样品的温度改变，在一些实施例中，辐射吸收层的横向区域配置为使得样品90接收来自辐射吸收层112的热辐射，热辐射基本上均匀地跨越样品接触区域上的样品90的横向尺寸。

在一些实施例中，辐射吸收层112的厚度为10nm或以上、20nm或以上、50nm或以上、100nm或以上、200nm或以上、500nm或以上、1μm或以上、2μm或以上、5μm或以上、10μm或以上、20μm或以上、50μm或以上、100μm或以上、75μm或以下、40μm或以下、15μm或以下、7.5μm或以下、4μm或以下、1.5μm或以下、750nm或以下、400nm或以下、150nm或以下、75nm或以下、40nm或以下，或15nm或以下，或在任两个值之间的范围内。在某些实施例中，辐射吸收层112的厚度为100nm或以下。

在一些实施例中，样品层和辐射吸收层112的面积基本大于均匀厚度。此处，术语“基本大于”是指样品层和/或辐射吸收层的大致直径或对角线距离是厚度的至少10倍、15倍、20倍、25倍、30倍、35倍、40倍、45倍、50倍、55倍、60倍、65倍、70倍、75倍、80倍、85倍、90倍、95倍、100倍、150倍、200倍、250倍、300倍、350倍、400倍、450倍、500倍、550倍、600倍、650倍、700倍、750倍、800倍、850倍、900倍、950倍、1000倍、1500倍、2000倍、2500倍、3000倍、3500倍、4000倍、4500倍，或5000倍，或在任两个值之间的范围内。

包括qmax装置的系统

图2示出了本发明的系统的实施例的透视图和截面图。如图(a)和(b)所示，该系统包括样品单元100和热控制单元200；样品单元100包括第一板10、第二板20以及间隔机构(未示出)；热控制单元200包括辐射源202和控制器204。图2的图(a)和(b)示出了当系统的样品单元100处于闭合构造时的系统的透视图和截面图。

如图1的图(b)所示，热控制单元200包括辐射源202和控制器204。在一些实施例中，热控制单元200提供电磁波形式的能量以用于样品的温度改变。

参见图2的图(a)和(b)，辐射源202配置为将电磁波210投射到样品单元100的辐射吸收层112，辐射吸收层112配置为吸收电磁波210并将电磁波210的大部分转换成热以产生热辐射，该热辐射升高样品90靠近辐射吸收层112的部分的温度。换句话说，辐射源202和辐射吸收层112的耦接配置为提供促进样品90的温度改变所需的热能。

在一些实施例中，来自辐射源202的辐射包括无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波、x射线、γ射线，或热辐射，或它们的任何组合。在一些实施例中，辐射吸收层112具有优选光波长范围，在优选光波长范围内，辐射吸收层112吸收效率最高。在一些实施例中，辐射源202配置为投射电磁波的波长范围在辐射吸收层112的优选波长范围内、与辐射吸收层112的优选波长范围重叠或包含辐射吸收层112的优选波长范围。在其他实施例中，为了促进温度改变，波长被合理地设计成远离辐射吸收层的优选波长。

在一些实施例中，辐射源202包括激光源，其提供窄波长范围内的激光。在其他实施例中，辐射源202包括led(发光二极管)或多个led。

参照图2的图(a)和(b)，控制器204配置为控制辐射源202投射的电磁波210以用于样品的温度改变。控制器204控制的电磁波210的参数包括但不限于：存在、强度、波长、入射角度，以及它们的任意组合。在一些实施例中，控制器是手动操作的，例如，它与手动开关一样简单地控制辐射源的接通和断开，从而控制辐射源投射的电磁波的有无。在其他实施例中，控制器包括配置为根据一个或多个预定程序自动控制电磁波的硬件和软件。

在一些实施例中，预定程序是指时间表，其中电磁波210的参数(例如，存在、强度和/或波长)被设置为针对相应预定时间段的预定水平。在其他实施例中，预定程序是指时间表，其中样品90的温度被设置为针对相应预定时间段的预定水平，并且针对样品温度从一个预定水平变化到另一个预定水平的时间段也被分别设置。在一些实施例中，控制器204被配置为是可编程的，这意味着控制器204包括配置为接收和执行系统的预定程序的硬件和软件，预定程序由系统的供应商提供。

本发明的热循环仪系统和相关方法用于促进化学、生物或医学检测或反应。在一些实施例中，反应需要温度改变。在一些实施例中，反应需要或优选快速的温度改变以避免非特异性反应和/或减少等待时间。在某些实施例中，本发明的系统和方法用于促进需要循环温度改变以扩增流体样品中的核苷酸的反应；这些反应包括但不限于聚合酶链式反应(pcr)。下面的描述使用pcr作为示例来说明本发明的热循环仪系统和方法的性能和用途。然而，应当注意，本文所述的装置、系统和方法的一些实施例也适用于需要温度控制和变化的其他检测和/或反应。

参考图2的图(b)，在一些实施例中，样品90是用于聚合酶链式反应(pcr)的预混合反应介质。例如，在某些实施例中，反应介质包括但不限于以下组分：dna模板、两种引物、dna聚合酶(例如taq聚合酶)、脱氧核糖核苷三磷酸(dntps)、二价阳离子(例如mg²⁺)，单价阳离子(例如k⁺)，以及缓冲溶液。具体的组分、各组分的浓度以及总体积根据反应的合理设计而变化。

在一些实施例中，pcr检测需要在以下步骤之间多次改变/变化样品温度：(i)任选的初始化步骤，其需要将样品加热至92-98℃；(2)变性步骤，其需要将样品加热至92-98℃；(3)退火步骤，其需要将样品温度降低至50-65℃；(4)延伸(或延长)步骤，其需要将样品加热至75-80℃；(5)重复步骤(2)-(4)约20-40次；以及(6)完成检测并将样品的温度降低至环境温度(例如室温)或冷却至约4℃。每个步骤的具体温度和具体时间段有变化并取决于许多因素，包括但不限于靶序列的长度、引物的长度、阳离子浓度和/或gc百分比。

本发明的热循环仪系统实现了pcr检测的快速温度改变。例如，参见图1的图(a)和(b)以及图2的图(b)，在一些实施例中，将样品90(例如预混合反应介质)添加至处于开放构造的板10和20中的一个或两个上，并且将板切换至闭合构造以将样品90压成具有厚度102的薄层，厚度102由间隔机构(未示出)调节；辐射源202将电磁波210投射到第一板10上(例如，具体地投射到辐射吸收层112上)；辐射吸收层112配置为吸收电磁波210并且将电磁波210的至少大部分转换成热，这些热量升高样品的温度；移除电磁波210引起样品90的温度降低。

在一些实施例中，通过将电磁波210投射到辐射吸收层112上或增加电磁波的强度，热循环仪系统为初始化步骤、变性步骤和/或延伸/延长步骤中的任一或全部步骤提供快速加热(升高温度)；在一些实施例中，通过移除辐射源202投射的电磁波或减小电磁波的强度，快速实现了退火步骤和/或最终冷却步骤中的冷却。在一些实施例中，电磁波210或电磁波210的强度增加产生至少为50℃/s、45℃/s、40℃/s、35℃/s、30℃/s、25℃/s、20℃/s、18℃/s、16℃/s、14℃/s、12℃/s、10℃/s、9℃/s、8℃/s、7℃/s、6℃/s、5℃/s、4℃/s、3℃/s，或2℃/s，或在任两个值之间的范围内的升温速率。在某些实施例中，pcr检测中的平均升温速率为10℃/s以上。在一些实施例中，移除电磁波210或减小电磁波210的强度引起至少为50℃/s、45℃/s、40℃/s、35℃/s、30℃/s。25℃/s、20℃/s、18℃/s、16℃/s、14℃/s、12℃/s、10℃/s、9℃/s、8℃/s、7℃/s、6℃/s、5℃/s、4℃/s、3℃/s，或2℃/s，或在任两个值之间的范围内的降温速率。在某些实施例中，pcr检测中的平均降温速率为5℃/s以上。如本文所用，术语“速率”是指两个预设温度之间的温度改变速度。在一些实施例中，每个步骤的平均上升或下降温度是不同的。

在pcr过程中，在任何步骤中已经达到目标温度后，样品需要在目标温度下保持一段时间。本发明的热循环仪系统通过以下方式提供温度保持功能：(1)调节电磁波210的强度，如果温度已经升高到目标温度则降低电磁波210的强度，或者如果温度已经降低到目标温度则增加电磁波210的强度，和/或(2)通过平衡提供给样品的热量和从样品移除的热量来保持目标温度。

图3示出了本发明的实施例的截面图，演示了热循环仪系统并且示出了促进温度改变和控制的附加元件。如图2所示，热循环仪系统包括样品单元100和热控制单元200。样品单元100包括第一板10、第二板20、间隔机构40以及密封件30；热控制单元200包括辐射源202、控制器204、温度计206以及扩展器208。

图3示出了处于闭合构造的样品单元100，其中第一板和第二板10和20的内表面11和21彼此面对，并且两个板之间的间距102由间隔机构40调节。如果样品90已经沉积在处于开放构造的板中的一个或两个上，当切换到闭合构造时，用人手或其他机构按压第一板10和第二板20，样品90因此被两个板压成薄层。在一些实施例中，层的厚度是均匀的并且与两个板之间的间距102相同。在某些实施例中，间距102(并且因此也是样品层的厚度)由间隔机构40调节。在一些实施例中，间隔机构包括固定于其中一个板的的封闭间隔件。在一些实施例中，间隔机构40包括固定于一个或两个板的多个柱状间隔件。此处，术语“固定”是指间隔件连接于板上并且至少在板的使用期间保持该连接。

在一些实施例中，样品单元10是压缩调节开放流(crof，也称为qmax)装置，诸如但不限于2015年8月10日提交的美国临时专利申请号62/202,989、2015年9月14日提交的美国临时专利申请号62/218,455、2016年2月9日提交的美国临时专利申请号62/293,188、2016年3月8日提交的美国临时专利申请号62/305,123、2016年7月31日提交的美国临时专利申请号62/369,181、2016年9月15日提交的美国临时专利申请号62/394,753、2016年8月10日提交的pct申请(指定美国)号pct/us2016/045437、2016年9月14日提交的pct申请(指定美国)号pct/us2016/051775、2016年9月15日提交的pct申请(指定美国)号pct/us2016/051794，以及2016年9月27日提交的pct/us2016/054025中描述的crof装置，其全部公开内容出于所有目的通过引用并入本文。

在一些实施例中，样品单元100包括密封元件30，密封元件30配置为在闭合构造下在介质接触区域之外密封第一板10与第二板20之间的间距102。在某些实施例中，密封元件30将样品90封闭在某一区域(例如，样品容纳区域)内，使得样品90的整个横向区域被明确地限定并且可测量。在某些实施例中，密封元件30改善了样品90的均匀性，尤其是样品层的厚度。

在一些实施例中，密封元件30包括在闭合构造下涂覆在第一板10与第二板20之间的粘合剂。粘合剂选自以下材料，诸如但不限于：淀粉、糊精、明胶、沥青(asphalt)、沥青(bitumin)、聚异戊二烯天然橡胶、树脂、虫胶、纤维素及其衍生物、乙烯基衍生物、丙烯酸衍生物、反应性丙烯酸基、聚氯丁二烯、苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-二烯-苯乙烯、聚异丁烯、丙烯腈-丁二烯、聚氨酯、聚硫化物、硅酮、醛缩合树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚酯树脂、聚烯烃聚合物、可溶性硅酸盐、磷酸盐水泥，或任何其他粘合剂材料，或它们的任何组合。在一些实施例中，粘合剂是干燥粘合剂、压敏粘合剂、接触粘合剂、热粘合剂，或单组分或多组分反应性粘合剂，或它们的任何组合。在一些实施例中，粘合剂是天然粘合剂或合成粘合剂，或来自任何其他来源，或它们的任何组合。在一些实施例中，粘合剂是自发固化的、热固化的、uv固化的，或通过任何其他处理固化的，或它们的任何组合。

在一些实施例中，密封元件30包括封闭间隔件(井)。例如，从俯视图看，封闭间隔件具有圆形形状(或任何其他封闭形状)并围绕样品90，基本上将样品90与第一板10和第二板20限制在一起。在某些实施例中，封闭间隔件(井)还用作间隔机构40。在这样的实施例中，封闭间隔件密封样品90的横向边界并且调节样品层的厚度。

在一些实施例中，控制器204配置为根据预定程序调节样品的温度以促进涉及样品90的检测和/或反应。在一些实施例中，该检测和/或反应是pcr。在某些实施例中，控制器204配置为控制来自辐射源206的电磁波的有无、强度和/或频率。

如图3所示，在一些实施例中，热控制单元200包括温度计206。在一些实施例中，温度计206提供监测和/或反馈机构以控制/监测/调节样品90的温度。例如，在一些实施例中，温度计206配置为测量样品接触区域处或附近的温度。在某些实施例中，温度计206配置为直接测量样品90的温度。在一些实施例中，温度计206选自以下组成的组：光纤温度计、红外温度计、液晶温度计、高温计、石英温度计、硅带隙温度传感器、温度条、热敏电阻，以及热电偶。在某些实施例中，温度计206是红外温度计。

在一些实施例中，温度计206配置为向控制器204发送信号。这样的信号包括与样品90的温度相关的信息，使得控制器204作出相应改变。例如，在pcr过程中，对于变性步骤，将目标温度设定为95℃；测量后，温度计向控制器204发送信号，指示样品90的测量温度实际为94.8℃；控制器204因此改变辐射源202的输出，辐射源202投射电磁波或调节现有电磁波的特定参数(例如强度或频率)，使得样品90的温度增加到95℃。这种测量信号调节循环应用于任何反应/检测中的任何步骤。

如图3所示，热控制单元200包括光束扩展器208，其配置为将来自辐射源202的电磁波从较小直径扩展到较大直径。在一些实施例中，从辐射源202投射的电磁波足以覆盖整个样品接触区域；然而，在一些实施例中，有必要扩大辐射源202投射的电磁波的覆盖区域以产生扩大的电磁波210，为所有样品接触区域提供热源。光束扩展器208采用任何已知技术，包括但不限于美国专利号4,545,677、4,214,813、4,127,828和4,016,504以及美国专利公开号2008/0297912和2010/0214659中描述的光束扩展器，其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。

多路复用

图4示出了本发明的另一实施例的透视图，其中板上有多个样品接触区域，允许处理和分析多个样品。如图3的图(a)和(b)所示，本发明的热循环仪系统包括样品单元100和热控制单元200；样品单元100包括第一板10、多个第二板20以及多个间隔机构(未示出)；热控制单元200包括辐射源202和控制器204。

参考图4的图(a)，板中的一个或两个(例如第一板10)包括多个样品接触区域(未标记)。在一些实施例中，板中的一个或两个(例如第一板10)包括多个辐射吸收层112。图4的图(a)示出了处于开放构造的样品单元100，其中第一板10和第二板20是部分或完全分开的，允许一个或多个样品沉积到一个或两个板上。在开放构造中，第一板10和第二板20之间的间距不由间隔机构调节。

图4的图(b)示出了处于闭合构造的样品单元100，其中两个板的内表面彼此面对，并且两个板之间的间距102由间隔机构(未示出)调节。如果一个或多个样品已经沉积在板上，则板配置为将每个样品压成一层，其厚度由间隔机构调节。

如图4的图(b)所示，多个第二板20用于覆盖第一板10的一部分。例如，每个第二板20覆盖其上沉积有样品的单个样品接触区域。每个样品接触区域都有一个间隔机构，并且间隔机构具有不同的高度，从而针对每个样品接触区域以及针对每个样品层的不同厚度产生不同的间距102。例如，间隔机构为柱状间隔件；每个样品接触区域具有一组高度均匀的间隔件；不同组的间隔件的高度相同或不同，导致不同样品的样品层厚度相同或不同。

参见图4的图(a)和(b)，在一些实施例中，控制器204引导辐射源202将电磁波210投射到第一板10上(并且因此投射到辐射吸收层112上)，其中电磁波210被辐射吸收层112吸收并且转换成热，引起样品中的温度改变。在一些实施例中，当存在多个样品接触区域时，多个样品被处理和分析。例如，在某些实施例中，每个样品是具有不同组分的预混合pcr反应介质。一个样品单元100用于在相同或不同条件下测试扩增相同核苷酸和/或扩增不同核苷酸的不同条件。

示例性实施例

图5示出了使用qmax卡装置来扩增核酸的示例性过程的横截面图。步骤的实施例包括(a)将含有核酸的样品引入到第一板(基板)的内侧；(b)将第二板(qmax卡)按压到第一板的内表面上以形成装置的闭合构造，其中用于核酸扩增的必要试剂在第二板的内表面上干燥；(c)在由第一板和第二板封闭的室中积累核酸扩增产物。

图5示出了使用qmax卡装置来扩增核酸的示例性过程的横截面图。

更具体地，在步骤(a)中，“样品”可以是含有或不含有样品的任何核酸，包括但不限于人类体液，诸如全血、血浆、血清、尿、唾液和汗液，以及细胞培养物(哺乳动物、植物、细菌、真菌)。样品可以是新鲜获得的，或以任何所需或方便的方式储存或处理，例如通过稀释或加入缓冲液或其他溶液或溶剂。样品中可以存在细胞结构，例如人类细胞、动物细胞、植物细胞、细菌细胞、真菌细胞，以及病毒颗粒。

本文所用的术语“核酸”是指任何dna或rna分子，或dna/rna杂合体，或dna和/或rna的混合物。因此，术语“核酸”包括但不限于基因组或染色体dna、质粒dna、扩增的dna、cdna、总rna、mrna和小rna。术语“核酸”旨在包括天然dna和/或rna分子，或合成的dna和/或rna分子。在一些实施例中，样品中存在无细胞核酸，如本文所用，“无细胞”表示核酸不包含在任何细胞结构中。在一些其他实施例中，核酸包含在细胞结构中，其包括但不限于人类细胞、动物细胞、植物细胞、细菌细胞、真菌细胞和/或病毒颗粒。样品中可以存在无细胞核酸形式或细胞结构内或其组合形式的核酸。在一些其他实施例中，核酸在导入到第一板的内表面上之前被纯化。在另外的实施例中，核酸可以在与其他分子(诸如蛋白质和脂质)结合的复合物内。

本发明的方法适用于一定体积范围的样品。可以将具有不同体积的样品引入到具有不同尺寸的板上。

必要时，可将样品引入到第一板或第二板上，或甚至两者上。本文图5提供了将样品引入到第一板内表面上的实施例。

更具体地，在步骤(b)中，将第二板按压到第一板的内表面上，与样品接触，以形成装置的闭合构造。如本文所用，“第二板”是指在接触样品的内表面上具有周期性间隔件的qmax卡。

如本文所用，“核酸扩增”包括用于通过扩增(产生…的大量拷贝)样品中的靶分子来检测核酸的任何技术，本文中“靶”是指目的核酸的序列或部分序列。合适的核酸扩增技术包括但不限于不同的聚合酶链式反应(pcr)方法，诸如热启动pcr、嵌套pcr、降落pcr、逆转录pcr、racepcr、数字pcr等，以及等温扩增方法，诸如环介导等温扩增(lamp)、链置换扩增、解旋酶依赖性扩增、切口酶扩增、滚环扩增、重组酶聚合酶扩增等。

如本文所用，“必要试剂”包括但不限于引物、脱氧核苷酸(dntps)、二价阳离子(例如mg2+)、单价阳离子(例如k+)、缓冲液、酶，以及报告分子。用于核酸扩增的必要试剂可以是第一板或第二板或两者的内表面上的干燥形式，或者是包封、包埋或包围在随温度升高而熔化的材料(诸如例如石蜡)中的液体形式。

如本文所用，“引物”，在一些实施例中，可以指一对正向引物和反向引物。在一些实施例中，引物可以指多个引物或引物组。如本文所用，适用于核酸扩增的酶包括但不限于dna依赖性聚合酶，或rna依赖性dna聚合酶，或dna依赖性rna聚合酶。

如本文所用，术语“报告分子”是指可结合或嵌入核酸分子或由扩增过程的副产物活化以使核酸分子或扩增过程可视化的任何标记、标签或染料。合适的报告分子包括但不限于荧光标记或标签或染料、嵌入剂、分子信标标记，或生物发光分子，或它们的组合。

在一些其他实施例中，如本文所用，“必要试剂”还可以包括细胞裂解试剂，其促进破坏细胞结构。细胞裂解试剂包括但不限于盐、去污剂、酶，以及其他添加剂。本文中的术语“盐”包括但不限于锂盐(例如氯化锂)、钠盐(例如氯化钠)、钾盐(例如氯化钾)。本文中的术语“去污剂”可以是离子型的，包括阴离子型和阳离子型、非离子型或两性离子型。本文所用的术语“离子去污剂”包括在溶于水时部分或全部为离子形式的任何去污剂。合适的阴离子型去污剂包括但不限于十二烷基硫酸钠(sds)或其他碱金属烷基硫酸盐或类似的去污剂、sarkosyl，或它们的组合。本文中的术语“酶”包括但不限于溶菌酶、纤维素酶和蛋白酶。此外，细胞裂解试剂中还可包括螯合剂，包括但不限于edta、egta和其他聚氨基羧酸，和一些还原剂，诸如二硫苏糖醇(dtt)。本文中的必要试剂的组成根据不同扩增反应的合理设计而变化。

更具体地，在步骤(c)中，当装置处于闭合构造时，辐射源向第一板或第二板或两者的内表面或外表面上的辐射吸收层投射电磁波。辐射吸收层配置为吸收电磁波并且将来自电磁波的能量的至少大部分转换成热的形式，这些热能被传递到封闭室中的样品。在一些实施例中，辐射源被编程以在环境温度至98℃的范围内调节所述样品的温度。在一些实施例中，例如对于常规pcr，样品首先加热至98℃，然后经历94℃、50-65℃和72℃的重复循环15-40次。在一些实施例中，例如对于等温扩增，样品的温度被保持在恒定温度。

如本文所用，“核酸扩增产物”是指通过核酸扩增技术产生的各种核酸。本文中的核酸扩增产物的类型包括但不限于单链dna、单链rna、双链dna、线性dna，或环状dna等。在一些实施例中，核酸扩增产物可以是长度和构型相同的相同核酸。在一些其他实施例中，核酸扩增产物可以是长度和构型不同的多种核酸。

在一些实施例中，使用报告分子对核酸扩增后积累的核酸进行定量。如上所定义和使用的，报告分子具有可定量的特征，其与封闭室中积累的核酸扩增子的存在与否、或数量相关。

图6示出了使用qmax卡装置结合核酸提取和扩增的示例性检测过程的横截面图。步骤的实施例包括(a)将捕获探针固定在第一板(基板)的内表面上；(b)将样品引入到第一板的内表面上；(c)将第二板(qmax卡1)按压到第一板的内表面上以形成装置的闭合构造，其中促进释放和捕获核酸的必要试剂1在第二板的内表面上干燥；(d)将来自上述样品的核酸捕获到第一板的内表面上；(e)拆卸第二板并用海绵清洁第一板的内表面；(f)将第三板(qmax卡2)按压到第一板的内表面上，其中用于核酸扩增的必要试剂2在第三板的内表面上干燥；(g)在由第一板和第三板封闭的室中积累核酸扩增产物。

更具体地，在步骤(a)中，捕获探针固定在第一板的内表面上。如本文所用，“捕获探针”是指长度在1-200bp之间、优选在5-50bp之间、更优选在10-20bp之间的寡核苷酸。捕获探针的序列与样品中的目的核酸序列互补。在一些实施例中，将相同的捕获探针固定在第一板的表面上。在一些其他实施例中，将具有不同碱基对组成的不同捕获探针固定在第一板的表面上。捕获探针可以是dna，或rna，或两者，但优选是单链dna。如本文所用，“固定”是指将捕获探针锚定在板表面上的过程。在一些实施例中，捕获探针通过共价键锚定，其中，例如捕获探针的5'或3'末端被修饰以促进板表面上的包被。通常使用的3'末端修饰包括但不限于硫醇、二硫醇、胺、生物素等。在一些其他实施例中，捕获探针可被动地吸附在基板表面上。

用捕获探针固定后，用封闭剂溶液封闭板表面。合适的封闭剂包括但不限于6-巯基-己醇、牛血清白蛋白等。

如图6中步骤(b)所示，“样品”可以是含有或不含有样品的任何核酸，包括但不限于人类体液，例如全血、血浆、血清、尿、唾液和汗液，以及细胞培养物(哺乳动物、植物，细菌、真菌)。样品可以是新鲜获得的，或以任何所需或方便的方式储存或处理，例如通过稀释或加入缓冲液，或其他溶液或溶剂。样品中可以存在细胞结构，例如人类细胞、动物细胞、植物细胞、细菌细胞、真菌细胞、以及病毒颗粒。

本文所用的术语“核酸”是指任何dna或rna分子，或dna/rna杂合体，或dna和/或rna的混合物。因此，术语“核酸”包括但不限于基因组或染色体dna、质粒dna、扩增的dna、cdna、总rna、mrna和小rna。术语“核酸”旨在包括天然dna和/或rna分子，或合成的dna和/或rna分子。在一些实施例中，样品中存在无细胞核酸，如本文所用，“无细胞”表示核酸不包含在任何细胞结构中。在一些其他实施例中，核酸包含在细胞结构中，其包括但不限于人类细胞、动物细胞、植物细胞、细菌细胞、真菌细胞，和/或病毒颗粒。样品中可以存在无细胞核酸形式或细胞结构内或其组合形式的核酸。在一些其他实施例中，核酸在导入到第一板的内表面上之前被纯化。在另外的实施例中，核酸可以在与其他分子(诸如蛋白质和脂质)结合的复合物内。

本发明的方法适用于一定体积范围的样品。可以将具有不同体积的样品引入到具有不同尺寸的板上。

必要时，可将样品引入到第一板或第二板上，或甚至两者上。本文的图6提供了将样品引入到第一板内表面上的实施例。

更具体地，在步骤(c)中，将第二板(qmax卡1)按压到第一板(基板)的内表面上，与样品接触，以形成装置的闭合构造。用于核酸扩增的必要试剂1是第一板或第二板或两者的内表面上的干燥形式，或者是包封、包埋或包围在随温度升高而熔化的材料(例如石蜡)中的液体形式。

如本文所用，“必要试剂1”是指细胞裂解试剂，或杂交试剂，或它们的组合。

如本文所用，“细胞裂解试剂”包括但不限于盐、去污剂、酶以及其他添加剂，其促进破坏细胞结构。本文中的术语“盐”包括但不限于锂盐(例如氯化锂)、钠盐(例如氯化钠)、钾盐(例如氯化钾)。本文中的术语“去污剂”可以是离子型的，包括阴离子型和阳离子型、非离子型或两性离子型。本文所用的术语“离子去污剂”包括在溶于水时部分或全部为离子形式的任何去污剂。合适的阴离子型去污剂包括但不限于十二烷基硫酸钠(sds)或其他碱金属烷基硫酸盐或类似的去污剂、sarkosyl，或它们的组合。本文中的术语“酶”包括但不限于溶菌酶、纤维素酶和蛋白酶。此外，细胞裂解试剂中还可包括螯合剂，包括但不限于edta、egta和其他聚氨基羧酸，和一些还原剂，如二硫苏糖醇(dtt)。本文中的必要试剂的组成根据不同扩增反应的合理设计而变化。

如本文所用，“杂交试剂”是指促进固定的捕获探针和样品中的目的核酸之间杂交的试剂，本文中包括但不限于氯化钠、乙酸钠、聚蔗糖、葡聚糖、聚乙烯吡咯烷酮、牛血清白蛋白等。

更具体地，在步骤(d)中，在与上述样品接触之后，干燥的必要试剂1溶解在样品中。从破坏的细胞结构释放的或以无细胞核酸存在的或其组合的目的核酸与板表面上的互补捕获探针杂交。用于杂交的时间很大程度上视qmax卡1内表面上的间隔件的规格而变化。在一些实施例中，例如，当使用具有高度为30um的间隔件的qmax卡1时，2分钟后指示实验数据，目的核酸和固定的捕获探针之间的杂交达到平衡。如本文所用，图6(d)中，“未杂交的核酸”指未被固定的捕获探针捕获的核酸。

更具体地，在步骤(e)中，将第二板(qmax卡1)与第一板(基板)分离，并使用海绵清洁第一板(基板)的表面。如本文所用，“海绵”是指在不同压力下改变孔径的一类柔性多孔材料。含有洗涤缓冲液的海绵与第一板表面接触以除去污染物。在一些实施例中，海绵与第一板表面接触一次。在一些其他实施例中，海绵与第一板表面接触两次或两次以上。如本文所用，“污染物”是指不利于核酸扩增反应的化合物，包括但不限于细胞碎片、蛋白质、非特异性核酸等。

更具体地，在步骤(f)中，将第三板(qmax卡2)按压到第一板的内表面上，与样品接触，以形成装置的闭合构造。用于核酸扩增的必要试剂2可以是在第一板或第三板或两者的内表面上的干燥形式，或者是包封、包埋或包围在随温度升高而熔化的材料(诸如例如石蜡)中的液体形式。

如本文所用，“核酸扩增”包括用于通过扩增(产生…的大量拷贝)样品中的靶分子来检测核酸的任何技术，本文中“靶”是指目的核酸的序列或部分序列。合适的核酸扩增技术包括但不限于不同的聚合酶链式反应(pcr)方法，诸如热启动pcr、嵌套pcr、降落pcr、逆转录pcr、racepcr、数字pcr等，和等温扩增方法，诸如环介导等温扩增(lamp)、链置换扩增、解旋酶依赖性扩增、切口酶扩增、滚环扩增、重组酶聚合酶扩增等。

如本文所用，“必要试剂2”包括但不限于引物、脱氧核苷酸(dntp)、二价阳离子(例如mg2+)、单价阳离子(例如k+)、缓冲液、酶，以及报告分子。用于核酸扩增的必要试剂2可以是第一板或第二板或两者的内表面上的干燥形式，或者是包封、包埋或包围在随温度升高而熔化的材料(诸如例如石蜡)中的液体形式。

如本文所用，“引物”，在一些实施例中，可以指一对正向引物和反向引物。在一些实施例中，引物可以指多个引物或引物组。如本文所用，适用于核酸扩增的酶包括但不限于dna依赖性聚合酶，或rna依赖性dna聚合酶，或dna依赖性rna聚合酶。

如本文所用，术语“报告分子”是指可结合或嵌入核酸分子或由扩增过程的副产物活化以使核酸分子或扩增过程可视化的任何标记、标签或染料。合适的报告分子包括但不限于荧光标记或标签或染料、嵌入剂、分子信标标记，或生物发光分子，或它们的组合。

更具体地，在步骤(g)中，当装置处于闭合构造时，辐射源向第一板或第三板或两者的内表面或外表面上的辐射吸收层投射电磁波。辐射吸收层配置为吸收电磁波并且将来自所述电磁波的能量的至少大部分转换成热的形式，这些热能被传递到封闭室中的样品。在一些实施例中，辐射源被编程以在环境温度至98℃的范围内调节所述样品的温度。在一些实施例中，例如对于常规pcr，样品首先加热至98℃，然后经历94℃、50-65℃和72℃的重复循环15-40次。在一些实施例中，例如对于等温扩增，样品的温度被保持在恒定温度。

如本文所用，“核酸扩增产物”是指通过核酸扩增技术产生的各种核酸。本文中核酸扩增产物的类型包括但不限于单链dna、单链rna、双链dna、线性dna或环状dna等。在一些实施例中，核酸扩增产物可以是长度和构型相同的相同核酸。在一些其他实施例中，核酸扩增产物可以是长度和构型不同的多种核酸。

在一些实施例中，使用报告分子对核酸扩增后积累的核酸进行定量。如上所定义和使用的，报告分子具有可定量的特征，其与封闭空间中积累的核酸扩增子的存在与否、或数量相关。

附加示例性实施例

在一些实施例中，一种用于快速改变薄流体样品层的温度的装置，包括：第一板、第二板以及辐射吸收层，其中：

i.辐射吸收层位于板的其中一个上，

ii.板中的每一个在其各自的表面上包括一个用于接触流体样品的样品接触区域；并且

iii.板具有用于快速改变样品的温度的构造，其中：

a.样品接触区域彼此面对并且显著平行，

b.接触区域之间的平均间距等于或小于200微米，

c.两个板将样品的至少一部分调节(或限制)成厚度非常均匀的层并且相对于板基本停滞，

d.辐射吸收层位于厚度均匀的样品的至少一部分的附近，

e.样品的至少一部分和辐射吸收层的面积基本大于均匀厚度。

a1-2.一种用于快速改变薄流体样品层的温度的装置，包括：

第一板、第二板以及间隔件，其中：

i.第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造；

ii.板中的每一个在其各自的表面上包括一个用于接触流体样品的样品接触区域，其中，流体样品的至少一部分的温度需要快速改变；

iii.板具有用于快速改变样品的温度的构造；

iv.间隔件具有等于或小于200微米的基本均匀的预定高度；

v.间隔件中的至少一个位于样品接触区域的内侧；

其中，其中一个构造是开放构造，在开放构造中：两个板是部分或完全分开的，板之间的间距不由间隔件调节，并且样品沉积在板中的一个或两个上；并且

其中，另一个构造是闭合构造，闭合构造在样品在开放构造中沉积之后配置；并且在闭合构造中：样品的至少一部分被两个板压成厚度基本均匀的层并且相对于板基本是停滞的，其中，层的均匀厚度由两个板的样品接触区域限定并且由板和间隔件调节，并且其中，板具有用于快速改变样品的温度的构造。

b1.一种用于快速改变薄流体样品层的温度的系统，包括：

第一板、第二板、辐射吸收层以及辐射源，其中：

i.辐射吸收层位于板的其中一个上；

ii.辐射源配置为由辐射吸收层显著吸收的辐射电磁波；

iii.板中的每一个在其各自的表面上包括一个用于接触流体样品的样品接触区域；并且

iv.板具有用于快速改变样品的温度的构造，其中：

a.样品接触区域彼此面对并且显著平行，

b.接触区域之间的平均间距等于或小于200μm，

c.两个板将样品的至少一部分限制成厚度非常均匀的层并且相对于板基本停滞，

d.辐射吸收层位于厚度均匀的样品的至少一部分的附近，

e.样品的至少一部分和辐射吸收层的面积基本大于均匀厚度。

c1.一种用于通过快速改变薄流体pcr样品层的温度来促进聚合酶链式反应(pcr)的系统，包括：

第一板、第二板、辐射吸收层、辐射源以及控制器，其中：

i.辐射吸收层位于板的其中一个上；

ii.辐射源配置为由辐射吸收层显著吸收的辐射电磁波；

iii.板中的每一个在其各自的表面上包括一个用于接触流体pcr样品的样品接触区域，流体pcr样品是预混合pcr介质；

iv.控制器配置为控制辐射源并根据预定程序快速改变样品的温度；并且

v.板具有用于快速改变样品的温度的构造，其中：

(a)样品接触区域彼此面对并且显著平行，

(b)接触区域之间的平均间距等于或小于200μm，

(c)两个板将样品的至少一部分限制成厚度非常均匀的层并且相对于板基本停滞，

(d)辐射吸收层位于厚度均匀的样品的至少一部分的附近，

(e)样品的至少一部分和辐射吸收层的面积基本大于均匀厚度。

d1.一种快速改变薄流体样品层的温度的方法，包括：

i.提供第一板和第二板，板中的每一个在其各自的内表面上包括一个样品接触区域；

ii.提供辐射吸收层和辐射源，其中，辐射吸收层位于板的其中一个上，并且辐射源配置为由辐射吸收层显著吸收的辐射电磁波；

iii.将流体样品沉积到在板中的一个或两个上；

iv.将板按压成闭合构造，其中：

(a)样品接触区域彼此面对并且显著平行，

(b)接触区域之间的平均间距等于或小于200μm，

(c)两个板将样品的至少一部分限制成厚度非常均匀的层并且相对于板基本停滞，

(d)辐射吸收层位于厚度均匀的样品的至少一部分的附近，

(e)样品的至少一部分和辐射吸收层的面积基本大于均匀厚度；以及

v.通过改变来自辐射源的电磁波的有无、强度、波长、频率和/或角度来改变和维持样品层的温度。

e1.一种通过快速改变流体pcr样品中的温度来促进聚合酶链式反应(pcr)的方法，包括：

i.提供第一板和第二板，板中的每一个在其各自的内表面上包括一个样品接触区域；

ii.提供辐射吸收层、辐射源和控制器，其中，辐射吸收层位于板的其中一个上，并且辐射源配置为由辐射吸收层显著吸收的辐射电磁波；

iii.将流体pcr样品沉积在板中的一个或两个上；

iv.将板按压成闭合构造，其中：

(a)样品接触区域彼此面对并且显著平行，

(b)接触区域之间的平均间距等于或小于200μm，

(c)两个板将pcr样品的至少一部分限制成厚度非常均匀的层并且相对于板基本停滞，

(d)辐射吸收层位于厚度均匀的pcr样品的至少一部分的附近，

(e)样品的至少一部分和辐射吸收层的面积基本大于均匀厚度；以及

v.使用控制器控制辐射源，通过根据预定程序改变和保持pcr样品层的温度来进行pcr，其中当温度改变时，辐射源在pcr期间产生至少为10℃/s的平均升温速率和至少为5℃/s的平均降温速率。

e2.实施例e1的方法，其中，通过调节来自辐射源的电磁波的强度、波长、频率和/或角度实现改变和维持pcr样品层的温度。

在一些实施例中，一种用于快速改变薄流体样品层的温度的装置，包括：第一板、第二板以及间隔件，其中：

iv.第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造，包括开放构造和闭合构造；

v.板中的每一个在其各自的表面上包括一个用于接触流体样品的样品接触区域，其中，至少一部分流体样品的温度需要快速改变；

vi.板具有用于快速改变样品的温度的构造；

vii.间隔件具有等于或小于200微米的基本均匀的预定高度；

viii.间隔件中的至少一个位于样品接触区域的内侧；

其中，在开放构造中，两个板是部分或完全分开的，板之间的间距不由间隔件调节，并且样品沉积在板中的一个或两个上；并且

其中，闭合构造在所述样品在开放构造中沉积之后配置，在所述闭合构造中，两个板基本是平行的，样品的至少一部分被两个板压成厚度基本均匀的层并且相对于板基本是停滞的，其中，层的均匀厚度由两个板的样品接触区域限定并且由板和间隔件调节，并且其中，板配置为以至少10℃/秒的速率改变样品的温度。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置，还包括辐射吸收层，辐射吸收层位于厚度均匀的样品的至少一部分的附近，而样品的至少一部分和辐射吸收层的面积基本上大于均匀厚度。

在一些实施例中，一种用于快速改变薄流体样品层的温度的系统，包括：

i.根据任一前述实施例的装置，

ii.辐射源，其中，辐射源配置为由辐射吸收层显著吸收的辐射电磁波；以及

iii.控制器配置为控制辐射源并且快速改变样品的温度。

在一些实施例中，一种快速改变薄流体样品层的温度的方法，包括：

i.提供根据任一前述实施例的装置或系统；

ii.将流体样品沉积在板中的一个或两个上；

iii.将板按压成闭合构造；以及

iv.通过改变来自辐射源的电磁波的有无、强度、波长、频率和/或角度来改变和维持样品层的温度。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，改变样品的温度是以循环方式升降改变温度的热循环。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，改变样品的温度是热循环，其中，热循环用于使用聚合酶链式反应(pcr)的核酸扩增。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，改变样品的温度用于核酸等温扩增。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，样品的至少一部分和辐射吸收层的面积基本大于均匀厚度。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，辐射吸收层包括磁盘耦合柱点天线(d2pa)阵列、硅夹层、石墨烯、超晶格或其他等离子体材料，或它们的组合。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，辐射吸收层包括碳纳米结构或黑色纳米结构或它们的组合。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，辐射吸收层配置为吸收辐射能量。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，辐射吸收层配置为在吸收辐射能量之后以热的形式辐射能量。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，辐射吸收层位于样品层下方并且与样品层直接接触。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，辐射吸收层配置为吸收电磁波，电磁波选自以下组成的组：无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波、x射线、γ射线，以及热辐射。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，板中的至少一个不阻挡辐射吸收层吸收的辐射。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，板中的一个或两个导热系数低。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，样品层的均匀厚度由固定于一个或两个板上的一个或多个间隔件调节。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，样品是预混合聚合酶链式反应(pcr)介质。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，装置配置为通过根据预定程序改变样品的温度来促进pcr检测。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，装置配置为进行诊断测试、健康监测、环境测试，和/或法医检验。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，装置配置为进行dna扩增、dna定量、选择性dna分离、遗传分析、组织分型、癌基因鉴定、传染病测试、遗传指纹分析，和/或亲子鉴定。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置，其中，样品层被横向密封以减少样品蒸发。

在一些实施例中，根据任一实施例的系统，还包括控制器，控制器配置为控制电磁波的有无、强度、波长、频率，和/或角度。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的系统，还包括温度计，温度计配置为测量样品接触区域处或附近的温度并且基于所测量的温度向控制器发送信号。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的系统或方法，其中，温度计选自下组：光纤温度计、红外温度计、液晶温度计、高温计、石英温度计、硅带隙温度传感器、温度条、热敏电阻，以及热电偶。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的系统或方法，其中，控制器配置为控制来自辐射源的电磁波的有无、强度、波长、频率，和/或角度。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的系统或方法，其中，辐射源和辐射吸收层配置为使用电磁波引起至少为10℃/s的平均升温速率；并且移除电磁波引起至少为5℃/s的平均降温速率。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，辐射源和辐射吸收层配置为产生至少10℃/s的平均升温速率和至少5℃/s的平均降温速率

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，辐射源和辐射吸收层配置为产生至少10℃/s的平均升温速率以实现pcr过程中的初始化步骤、变性步骤和/或延伸/延长步骤，以及至少为5℃/s的平均降温速率以实现pcr过程中的退火步骤和/或最终冷却步骤。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，pcr样品包括：模板dna、引物dna、阳离子、聚合酶，以及缓冲液。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的方法，其中，将板按压成闭合构造的步骤包括用非精确压力按压板。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的方法，其中，将板按压成闭合构造的步骤包括直接用人手按压板。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的方法，其中，厚度非常均匀的层的厚度变化小于10％。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，还包括选自以下的试剂：dna模板、引物、dna聚合酶、脱氧核糖核苷三磷酸(dntp)、二价阳离子(例如mg²⁺)、单价阳离子(例如k⁺)，以及缓冲溶液。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，改变样品的温度是热循环，其中，热循环用于使用聚合酶链式反应(pcr)的核酸扩增，聚合酶链式反应(pcr)选自以下组成的组：热启动pcr、嵌套pcr、降落pcr、逆转录pcr、racepcr，以及数字pcr。

在一些实施例中，根据任一前述实施例的装置、系统或方法，其中，改变样品的温度用于核酸等温扩增，等温扩增选自以下组成的组：环介导等温扩增、链置换扩增、解旋酶依赖性扩增、切口酶扩增、滚环扩增，以及重组酶聚合酶扩增。

附加实施例

本发明包括只要各种组分彼此不矛盾就可以以多种方式组合的各种实施例。实施例应当被认为是单个发明文件：每个申请将其他申请作为参考，并且也出于所有目的而整体地而不是作为离散的独立文件被引用。这些实施例不仅包括当前文件中的公开内容，而且还包括在此引用、并入或要求优先权的文件。

(1)定义

在本申请中或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的pct申请(指定美国)号pct/us2016/045437和pct/us0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中定义了用于描述本文公开的装置、系统和方法的术语，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。

术语“crof卡(或卡)”、“cof卡”、“qmax卡”、“q卡”、“crof装置”、“cof装置”、“qmax装置”、“crof板”、“cof板”以及“qmax板”是可互换的，除了在一些实施例中，cof卡不包括间隔件；并且这些术语是指一种装置，该装置包括第一板和第二板，第一板和第二板可相对于彼此移动成不同构造(包括开放构造和闭合构造)，并且该装置包括调节板之间的间距的间隔件(cof的一些实施例除外)。术语“x板”是指crof卡中的两个板之一，其中间隔件固定到该板。cof卡、crof卡和x板的更多描述在2017年2月7日提交的临时申请序列号62/456065中进行描述，其全部内容出于所有目的并入本文。

(2)q卡、间隔件和均匀样品厚度

本文公开的装置、系统和方法可以包括或使用用于样品检测、分析和定量的q卡、间隔件和均匀样品厚度实施例。在一些实施例中，q卡包括间隔件，其有助于使样品的至少一部分成为高度均匀的层。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的pct申请(指定美国)号pct/us2016/045437和pct/us0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了间隔件的结构、材料、功能、变化和尺寸以及间隔件和样品层的均匀性，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。

(3)铰链、开口槽口、凹边和滑动件

本文公开的装置、系统和方法可以包括或使用用于样品检测、分析和定量的q卡。在一些实施例中，q卡包括铰链、槽口、凹槽和滑动件，其有助于促进q卡的操作和样品的测量。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的pct申请(指定美国)号pct/us2016/045437和pct/us0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了铰链、槽口、凹槽和滑动件的结构、材料、功能、变化和尺寸，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。

(4)q卡、滑动件和手机检测系统

本文公开的装置、系统和方法可以包括或使用用于样品检测、分析和定量的q卡。在一些实施例中，q卡与使卡能够被手机检测系统读取的滑动件一起使用。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的pct申请(指定美国)号pct/us2016/045437和pct/us0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了q卡、滑动件和手机检测系统的结构、材料、功能、变化、尺寸和连接，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。

(5)检测方法

本文公开的装置、系统和方法可以包括或用于各种类型的检测方法。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的pct申请(指定美国)号pct/us2016/045437和pct/us0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了检测方法，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。

(6)标签

本文公开的装置、系统和方法可以采用用于分析物检测的各种类型的标签。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的pct申请(指定美国)号pct/us2016/045437和pct/us0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了标签，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。

(7)分析物

本文公开的装置、系统和方法可以应用于操作和检测各种类型的分析物(包括生物标记物)。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的pct申请(指定美国)号pct/us2016/045437和pct/us0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了分析物，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。

(8)应用(领域和样品)

本文公开的装置、系统和方法可以用于各种应用(领域和样品)。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的pct申请(指定美国)号pct/us2016/045437和pct/us0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了应用，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。

(9)云

本文公开的装置、系统和方法可以采用云技术进行数据传输、存储和/或分析。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的pct申请(指定美国)号pct/us2016/045437和pct/us0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456287、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了相关的云技术，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。

其他注释

在以下列举的段落中描述了根据本公开的发明主题的其他实施例。

必须注意，如本文和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示对象，除非上下文另外明确指出，例如当使用词语“单个”时。例如，提及“分析物”包括单个分析物和多个分析物，提及“捕获剂”包括单个捕获剂和多个捕获剂，提及“检测剂”包括单个检测剂和多个检测剂，提及“试剂”包括单个试剂和多个试剂。

如本文所用，术语“适配”和“配置”意味着元件、部件或其他主题被设计和/或旨在执行给定功能。因此，术语“适配”和“配置”的使用不应被解读为意味着给定的元件、组件或其他主题仅“能够”执行给定的功能。类似地，提到的配置为执行特定功能的主题可以附加地或可选地描述为可操作来执行该功能。

如本文所用，当在提及根据本公开的一个或多个部件、特征、细节、结构、实施例和/或方法时，使用短语“例如”、短语“作为示例”和/或只是术语“示例”和“示例性”旨在传达所描述的部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法是根据本公开的部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法的说明性的非排他示例。因此，所描述的部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法不旨在是限制性的、必需的或排他性的/穷尽的；并且其他部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法，包括结构上和/或功能上类似和/或等效的部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法，也在本公开的范围内。

如本文所用，关于多于一个实体的列表的短语“至少一个”和“一个或多个”是指实体列表中的任何一个或多个实体，并且不限于实体列表中具体列出的每个(each)和每个(every)实体中的至少一个。例如，“a和b中的至少一个”(或等效地，“a或b中的至少一个”，或等效地，“a和/或b中的至少一个”)可指单独的a、单独的b，或a和b的组合。

如本文所用，置于第一实体和第二实体之间的术语“和/或”是指(1)第一实体，(2)第二实体，以及(3)第一实体和第二实体中的一个。使用“和/或”列出的多个实体应当以相同的方式来解读，即如此结合的实体的“一个或多个”。除了由“和/或”子句具体标识的实体之外，还可选地存在其他实体，无论其与具体标识的那些实体相关还是无关。

当本文提及数值范围时，本发明包括其中包括端点的实施例、其中排除两个端点的实施例、以及其中包括一个端点而排除另一个端点的实施例。应当假定包括两个端点，除非另有说明。以及，除非另有说明或本领域普通技术人员从上下文和理解中明显看出。

在任何专利、专利申请或其他参考文献通过引用并入本文并且(1)定义术语的方式和/或(2)以其他方式与本公开的未并入部分或其他并入的参考文献不一致的情况下，应当以本公开的未并入部分为准，并且术语或其中并入的公开应当仅对于其中术语被定义和/或并入的公开最初存在的参考文献为准。

其他注释

在以下列举的段落中描述了根据本公开的发明主题的其他实施例。

必须注意，如本文和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示对象，除非上下文另外明确指出，例如当使用词语“单个”时。例如，提及“分析物”包括单个分析物和多个分析物，提及“捕获剂”包括单个捕获剂和多个捕获剂，提及“检测剂”包括单个检测剂和多个检测剂，提及“试剂”包括单个试剂和多个试剂。

如本文所用，术语“适配”和“配置”意味着元件、部件或其他主题被设计和/或旨在执行给定功能。因此，术语“适配”和“配置”的使用不应被解释为意味着给定的元件、组件或其他主题简单地“能够”执行给定的功能。类似地，被陈述为配置为执行特定功能的主题可以附加地或可选地描述为可操作以执行该功能。

如本文所用，当在提及根据本公开的一个或多个部件、特征、细节、结构、实施例和/或方法时，使用短语“例如”、短语“作为示例”和/或简称为术语“示例”和“示例性”旨在传达所描述的部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法是根据本公开的部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法的说明性的非排他示例。因此，所描述的部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法不旨在是限制性的、必需的或排他性的/穷尽的；并且其他部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法，包括结构上和/或功能上类似和/或等效的部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法，也在本公开的范围内。

如本文所用，关于多于一个实体的列表的短语“至少一个”和“一个或多个”是指实体列表中的任何一个或多个实体，并且不限于实体列表中具体列出的每个(each)和每个(every)实体中的至少一个。例如，“a和b中的至少一个”(或等效地，“a或b中的至少一个”，或等效地，“a和/或b中的至少一个”)可指单独的a、单独的b，或a和b的组合。

如本文所用，置于第一实体和第二实体之间的术语“和/或”是指(1)第一实体，(2)第二实体，以及(3)第一实体和第二实体中的一个。使用“和/或”列出的多个实体应当以相同的方式来解释，即如此结合的实体的“一个或多个”。除了由“和/或”子句具体标识的实体之外，可以任选地存在其他实体，无论其与具体标识的那些实体相关还是无关。

当本文提及数值范围时，本发明包括其中包括端点的实施例、其中排除两个端点的实施例、以及其中包括一个端点而排除另一个端点的实施例。应当假定包括两个端点，除非另有说明。此外，除非另有说明或本领域普通技术人员从上下文和理解中明显看出。

如果任何专利、专利申请或其他参考文献通过引用并入本文并且(1)定义术语的方式与本公开的未并入部分或其他并入的参考文献不一致和/或(2)以其他方式与本公开的未并入部分或其他并入的参考文献不一致，应当以本公开的未并入部分为准，而所述术语或其中并入的公开应当仅以所述术语被首次定义和/或并入的公开内容最初出现的参考文献为准。

其他注释

在以下列举的段落中描述了根据本公开的发明主题的其他实施例。

必须注意，如本文和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示对象，除非上下文另外明确指出，例如当使用词语“单个”时。例如，提及“分析物”包括单个分析物和多个分析物，提及“捕获剂”包括单个捕获剂和多个捕获剂，提及“检测剂”包括单个检测剂和多个检测剂，提及“试剂”包括单个试剂和多个试剂。

如本文所用，术语“适配”和“配置”意味着元件、部件或其他主题被设计和/或旨在执行给定功能。因此，术语“适配”和“配置”的使用不应被解读为意味着给定的元件、组件或其他主题仅“能够”执行给定的功能。类似地，提到的配置为执行特定功能的主题可以附加地或可选地描述为可操作来执行该功能。

如本文所用，当在提及根据本公开的一个或多个部件、特征、细节、结构、实施例和/或方法时，使用短语“例如”、短语“作为示例”和/或只是术语“示例”和“示例性”旨在传达所描述的部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法是根据本公开的部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法的说明性的非排他示例。因此，所描述的部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法不旨在是限制性的、必需的或排他性的/穷尽的；并且其他部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法，包括结构上和/或功能上类似和/或等效的部件、特征、细节、结构、实施例、和/或方法，也在本公开的范围内。

如本文所用，关于多于一个实体的列表的短语“至少一个”和“一个或多个”是指实体列表中的任何一个或多个实体，并且不限于实体列表中具体列出的每个(each)和每个(every)实体中的至少一个。例如，“a和b中的至少一个”(或等效地，“a或b中的至少一个”，或等效地，“a和/或b中的至少一个”)可指单独的a、单独的b，或a和b的组合。

如本文所用，置于第一实体和第二实体之间的术语“和/或”是指(1)第一实体，(2)第二实体，以及(3)第一实体和第二实体中的一个。使用“和/或”列出的多个实体应当以相同的方式来解读，即如此结合的实体的“一个或多个”。除了由“和/或”子句具体标识的实体之外，还可选地存在其他实体，无论其与具体标识的那些实体相关还是无关。

当本文提及数值范围时，本发明包括其中包括端点的实施例、其中排除两个端点的实施例、以及其中包括一个端点而排除另一个端点的实施例。应当假定包括两个端点，除非另有说明。以及，除非另有说明或本领域普通技术人员从上下文和理解中明显看出。

在任何专利、专利申请或其他参考文献通过引用并入本文并且(1)定义术语的方式和/或(2)以其他方式与本公开的未并入部分或其他并入的参考文献不一致的情况下，应当以本公开的未并入部分为准，并且术语或其中并入的公开应当仅对于其中术语被定义和/或并入的公开最初存在的参考文献为准。