诊断测试系统和方法与流程

本发明涉及诊断测试系统和方法，用于执行生物样品的诊断测试或分析，以基于对样品中的一种或更多种特定分析物的存在或不存在的检测和/或确定它们在样品中的量来辅助环境、农业、科学、兽医或医学诊断。例如，可以使用分子dna扩增的方法和检测特定基因标记的方法来检测分析物。

背景

核酸的扩增在许多领域都很重要，所述领域包括医学、生物医学、环境、兽医和食品安全测试。通常，核酸通过以下两种方法中的一种来扩增：聚合酶链式反应(pcr)或等温扩增，这两种方法在下面被描述。

聚合酶链式反应(pcr)

如维基百科¹中在http://en.wikipedia.org/wiki/polymerase_chain_reaction所描述的：

聚合酶链式反应(pcr)是分子生物学中的一项科学技术，它将一段dna的一个或几个拷贝扩增几个数量级，产生特定dna序列的数千个到数百万个拷贝。

pcr在1983年由karymullis开发，其现在是医学和生物学研究实验室中用于各种应用的常用的且通常不可或缺的技术。这些应用包括用于测序的dna克隆，基于dna的种系发生(phylogeny)，或对基因的功能分析；遗传病的诊断；基因指纹的识别(用于法医学(forensicscience)和亲子鉴定(paternitytesting))；以及传染病的检测和诊断。

1993年，mullis和michaelsmith因在pcr方面的工作而被授予诺贝尔化学奖。

该方法依赖于热循环，该热循环由用于dna解链和酶促复制的反应的重复加热和冷却的循环组成。含有与靶标区域互补的序列的引物(短的dna片段)以及dna聚合酶(该方法以此命名)，是实现选择性和重复扩增的关键成分。随着pcr的进行，所产生的dna本身被用作复制的模板，引发链式反应，其中dna模板以指数方式扩增。pcr可以被广泛修改以执行一系列基因操作。

几乎所有的pcr应用都使用热稳定的dna聚合酶，例如taq聚合酶，这是一种最初从细菌水生栖热菌(thermusaquaticus)中分离出来的酶。这种dna聚合酶通过使用单链dna作为模板和启动dna合成所需的dna寡核苷酸(也称为dna引物)，从dna构建块(building-block)(即核苷酸)酶促地组装出新的dna链。绝大多数的pcr方法使用热循环，即将pcr样品交替加热和冷却到限定的一系列温度步骤。这些热循环步骤是必要的，首先是在被称为dna解链的过程中在高温物理分离dna双螺旋中的两条链。在较低的温度，每条链随后在通过dna聚合物的dna合成中用作模板，以选择性地扩增靶标dna。pcr的选择性是由于使用在特定的热循环条件下与被靶向用于扩增的dna区域互补的引物所致。

pcr原理和程序

pcr用于扩增dna链的特定区域(dna靶标)。大多数pcr方法通常扩增高达约10千碱基对(kb)的dna片段，尽管一些技术允许扩增大小高达40kb的片段。

基本的pcr设置需要几种成分和试剂。这些成分包括：

·dna模板，其含有待扩增的dna区域(靶标)。

·与dna靶标的正义链和反义链中的每一个的3'(三撇(threeprime))末端互补的两种引物。

·taq聚合酶或最适温度为约70℃的另一种dna聚合酶。

·脱氧核苷三磷酸酯(dntp；含有三磷酸酯基团的核苷酸)，其是dna聚合酶由其合成新dna链的构建块。

·缓冲溶液，所述缓冲溶液为dna聚合酶的最佳活性和稳定性提供合适的化学环境。

·二价阳离子，镁或锰离子；通常使用mg²⁺，但mn²⁺可用于pcr介导的dna诱变，因为较高的mn²⁺浓度会增加dna合成过程中的错误率。

·一价阳离子钾离子。

pcr通常在热循环仪的小反应管(0.2ml-0.5ml容积)中的10μl-200μl反应体积中进行。热循环仪加热和冷却反应管，以达到每个反应步骤所需的温度(见下文)。许多现代热循环仪利用珀尔帖效应，这允许简单地通过反转电流，加热和冷却容纳pcr管的块。薄壁的反应管允许有利的导热性，以允许快速热平衡。大多数热循环仪都具有加热盖，以防止反应管顶部的冷凝。没有加热盖的老式热循环仪需要在反应混合物顶部有一层油，或者需要在管内有蜡球。

程序

通常，pcr由一系列的20-40个重复的温度变化(称为循环)组成，每个循环通常由2-3个(通常3个)离散的温度步骤组成。在循环之前，通常为在高温(>90℃)的单个温度步骤(称为保持(hold))，且在循环之后通常为在结束时用于最终产物延伸或短暂储存的一个保持。所使用的温度和每个循环中应用的时间长度取决于各种参数。这些参数包括用于dna合成的酶，反应物中的二价离子和dntp的浓度，以及引物的解链温度(tm)。

·初始化步骤：该步骤由以下组成：将反应物加热至94℃-96℃的温度(或如果使用极其热稳定的聚合酶，则为98℃)，将温度保持1-9分钟。该步骤只是需要通过热启动pcr来进行热激活的dna聚合酶所需要的。

·变性步骤：该步骤是第一个常规循环事件，并由以下组成：将反应物加热至94℃–98℃，持续20–30秒。该步骤通过破坏互补碱基之间的氢键，导致dna模板的dna解链，产生单链dna分子。

·退火步骤：将反应温度降至50℃–65℃，持续20–40秒，允许引物退火至单链dna模板。通常，退火温度比所用引物的tm低约3-5摄氏度。只有当引物序列与模板序列非常密切地匹配时，才会形成稳定的dna-dna氢键。聚合酶结合到引物-模板杂交体，并开始dna合成。

·延伸/延长步骤：该步骤的温度取决于所用的dna聚合酶；taq聚合酶具有在75℃–80℃的其最适活性温度，且通常该酶使用72℃的温度。在该步骤，dna聚合酶通过在5'到3'方向上添加与模板互补的dntp，使dntp的5'-磷酸基团与新生(延伸)的dna链末端的3'-羟基基团缩合来合成与dna模板链互补的新的dna链。延伸时间取决于所用的dna聚合酶和待扩增的dna片段的长度。根据经验，在其最佳温度，dna聚合酶每分钟将使一千个碱基聚合。在最佳条件下，即，如果没有由于有限底物或试剂造成的限制，在每个延伸步骤，dna靶标的量加倍，导致特异性dna片段的指数(几何)扩增。

·最终延长：该单一步骤偶尔在最后的pcr循环之后在70℃-74℃的温度执行5-15分钟，以确保任何剩余的单链dna都得到完全延伸。·最终保持：该步骤在4℃-15℃持续无限时间，可用于反应物的短期保存。

pcr阶段

pcr过程可分为三个阶段：

指数扩增：在每个循环，产物的量加倍(假设100％的反应效率)。反应非常灵敏：只需要存在微量的dna。

趋平阶段：随着dna聚合酶失去活性以及随着诸如dntp和引物的试剂的消耗而导致它们变得有限，反应会变慢。

平台期：由于试剂和酶的耗尽，不会有更多的产物积累。pcr优化

在实践中，pcr可能由于各种原因而失败，部分原因是由于它对污染物的灵敏性，导致伪dna产物的扩增。因此，已经开发了许多技术和程序来优化pcr条件。外来dna的污染通过将pcr前的混合物与潜在的dna污染物分离的实验室方案和程序来解决。这通常涉及pcr设置区域与pcr产物分析或纯化区域的空间分离，使用一次性塑料器皿，以及彻底清洁反应装置之间的工作表面。引物设计技术对于提高pcr产物的产量和避免伪产物的形成是重要的，并且使用替代的缓冲液成分或聚合酶可以有助于扩增dna的长区域或原本有问题的区域。在缓冲液体系中添加试剂(如甲酰胺)可以提高pcr的特异性和产量。

dna的扩增和定量

因为pcr扩增了它所靶向的dna区域，pcr可以用来分析极少量的样品。当只有痕量的dna可以作为证据时，这对于法医分析来说通常是至关重要的。pcr也可以用于分析几万年前的古代dna。这些基于pcr的技术已经成功地用于动物，如4万年前的猛犸象，并且也成功地用于人类dna，应用范围从对埃及木乃伊的分析到对俄罗斯沙皇的鉴定。

定量pcr方法允许估计样品中存在的给定序列的量，这是一种通常应用于定量确定基因表达水平的技术。实时pcr是一种已确立的用于dna定量的工具，其测量每一轮pcr扩增后的dna产物积累。

疾病诊断中的pcr

pcr允许对恶性疾病如白血病和淋巴瘤进行早期诊断，其目前在癌症研究中发展最快，并且已经被常规使用。(参见eutos的cml研究文章中引用的研究，在http://www.eutos.org/content/molecular_monitoring/information/pcr_testing/，特别是注释10-13。)pcr测定可以直接对基因组dna样品进行，以为其他方法的灵敏度的至少10,000倍的灵敏度检测易位特异性恶性细胞。

pcr还允许从组织培养测定和动物模型中鉴定不可培养或生长缓慢的微生物，如分枝杆菌、厌氧细菌或病毒。在微生物学中，pcr诊断应用的基础是对传染物(infectiousagent)的检测和通过特定基因区分非致病株(strain)和致病株。

病毒dna同样可以通过pcr来检测。所使用的引物需要是病毒dna中的靶标序列特异性的，并且pcr可以用于诊断分析或病毒基因组的dna测序。pcr的高灵敏度允许在感染后不久且甚至在疾病发作之前进行病毒检测。这种早期检测可以在治疗方面给医师带来显著的领先优势。患者中病毒的量(“病毒载量”)也可以通过基于pcr的dna定量技术进行定量(参见下文)。

等温扩增方法

如维基百科¹在http://en.wikipedia.org/wiki/variants_of_pcr#isothermal_amplification_methods所描述的：

“已经开发了一些可以替代pcr使用的dna扩增方案：

·解旋酶依赖性扩增类似于传统的pcr，但使用恒温，而不是通过变性和退火/延伸步骤来循环。dna解旋酶是一种解开dna的酶，其用来代替热变性。

·pan-ac还使用等温条件进行扩增，并可用于分析活细胞。

·切口酶扩增反应称为near，其是等温的，其使用聚合酶和切口酶在恒温使dna复制。

·重组酶聚合酶扩增(rpa)。该方法使用重组酶，基于同源性将引物与双链dna特异性配对，从而从存在于样品中的限定的dna序列指导dna合成。靶标序列的存在启动dna扩增，并且不需要dna的热解链或化学解链。反应进展迅速，并导致通常在5-10分钟内将特定的dna从仅几个靶标拷贝扩增到可检测的水平。整个反应体系作为干燥的制剂是稳定的，并且不需要冷藏。rpa可以用来在各种实验室应用中代替pcr(聚合酶链式反应)，并且用户可以设计他们自己的测定。

检测测试样品中的基因靶标

在dna扩增后，测试溶液中会有靶标基因序列的大量拷贝。在诊断测试测定中，可以设计将与靶标序列关联的特定标记，并且一旦结合就提供可以在试管外部检测到的光学信号或光学变化。该光学信号可以是样品的颜色和/或不透明度的变化，如通过样品在特定光波长的光学吸收的变化测量的。输出信号还可以是通过从样品的直接光输出的方式，其中当被靶标键合事件激活时，标记触发生物发光光输出的释放。光学检测输出也可以通过溶液荧光的变化来实现，其可以来自荧光标记信标。在这种情况下，每个标记分子被配置具有荧光猝灭剂，其与荧光原子或原子排列非常接近。该标记分子被配置成使得当其选择性地结合测试溶液中的靶标dna序列时，猝灭剂和荧光团被分离，并且然后通过荧光团的作用可以检测到强荧光信号。在这种布置中，靶标溶液的总荧光强度指示测试溶液中靶标基因物质的相对量。然后，该信号可用于形成诊断测试的基础，以确定处于测试下的样品中靶标物质的存在或不存在以及相对量。

对照通道和多重化

在单个测试孔(testwell)内，可能存在几种不同的标记，这些标记将基于与几种不同的靶标基因dna序列的键合来提供光学输出。在这种情况下，使用几种不同的传感器，或者使用具有多于一个选择性输出的传感器。例如，在双通道系统中，可以采用两种不同的荧光标记，并且这两种荧光标记将由两种不同的荧光传感器检测，这两种不同的荧光传感器被配置成检测在各自的荧光标记特异性的各自的频率范围内的发射，以允许通道被区分。

这种方法可用于提供对照通道，在该通道中，测试测定化学被配置成使得如果测试过程正确运行，则对照靶标应始终存在。在这种情况下，对照通道的输出用于确认系统已正确运行测试过程，并确认通过系统测量的其他通道获得的测试结果有效。

这种方法也可用于在每个测试孔内测试多于一个靶标基因序列，作为多重化的测试。

可以使用多个测试孔，每个孔运行不同地配置的扩增化学和不同的靶标标记的组。对照通道可在一个或更多个孔中操作，并覆盖测试中操作的其他孔的测试。通过这种布置，可以对单个样品进行许多测试，作为多重化的不同方法。

现有技术的诊断测试系统和设备，特别是核酸扩增和检测仪器，通常是大型的、复杂的和昂贵的，并且需要样品制备步骤，这些步骤必须独立于仪器进行。这些准备步骤通常需要训练有素的技术操作员，并且该操作员和测试准备环境可能暴露于危险样品(如体液和传染物)，并且该过程存在不正确的手动操作的风险，包括溢出和不正确的试剂添加。

然后，必须通过手动转移步骤(通常是熟练的移液操作)对生成的测试样品进行精确的子采样和转移。这种方法需要训练有素的技术操作员和许多分离管和转移装置，所有这些都会受到样品的污染，且必须正确地处理和单独地处置。

在这些现有技术方法中，在样品制备和转移到测试仪器中的测试管的过程中，测试样品与环境之间不密封。这种对样品的暴露会给用户和其他人带来感染原的风险，并且还会污染测试仪器和测试区域，导致后续测试中的诊断结果不正确。

期望提供一种诊断测试系统和方法，其减轻现有技术的一个或更多个困难，或者至少提供有用的替代方案。

概述

根据本发明的一些实施例，提供了一种诊断测试系统，包括：

诊断测试组件；和

诊断测试设备，用于接收诊断测试组件并与诊断测试组件相互作用，以对其中的生物或环境样品执行诊断测试；

其中诊断测试组件包括：

样品制备储器，用于将生物或环境样品接收到容纳在样品制备储器中的样品制备流体中，以从其中制备样品流体，样品制备储器最初提供无障碍物的开放容积，使得携带生物或环境样品的拭子可用于搅拌样品制备储器中的样品制备流体，并将来自拭子的生物或环境样品清洗到样品制备流体中；

样品分配机构，用于在样品制备储器中接收生物或环境样品之后插入样品制备储器中；

封闭件，用于在样品制备储器中接收生物或环境样品和样品分配机构之后密封样品制备储器；

至少一个诊断测试储器，其联接到样品制备储器；和

至少一个密封件，其在样品制备储器和至少一个诊断测试储器之间，以防止样品制备储器和至少一个诊断测试储器之间的流体移动；

其中样品分配机构可操作成破坏至少一个密封件，以允许样品流体从样品制备储器进入至少一个诊断测试储器，并且将预定子体积的样品流体从样品制备储器分配到至少一个诊断测试储器中，用于在至少一个诊断测试储器中诊断测试和检测，同时防止样品制备储器和至少一个诊断测试储器之间的进一步流体移动。

在一些实施例中，样品分配机构附接到封闭件，使得将封闭件施加到样品制备储器的动作也实现将样品分配机构插入到样品制备储器中。

在一些实施例中，用户的单个动作导致样品分配机构破坏至少一个密封件并将样品流体从样品制备储器分配到至少一个诊断测试储器中。

在一些实施例中，用户的单个动作是相对于样品制备储器施加到封闭件的持续旋拧动作，其中旋拧动作导致对样品分配机构的操作并密封样品制备储器。

在一些实施例中，诊断测试设备被配置成确定完成样品分配机构的操作，并且响应于该确定，继续对至少一个诊断测试储器的内容物进行诊断测试。

在一些实施例中，封闭件包括螺纹，并且诊断测试设备包括至少一个感测部件，该感测部件被配置成确定封闭件的旋转程度和/或螺纹进程，并且诊断测试设备被配置成如果至少一个感测部件已经确定封闭件操作未完成，则提示用户完成封闭件操作；并且如果封闭件操作已经被确定为完成，则自动前进到诊断测试的下一阶段。

在一些实施例中，诊断测试组件包括第二封闭件，该第二封闭件在使用前将样品制备流体密封在样品制备储器内，并且被移除以允许生物或环境样品被添加到容纳在样品制备储器中的样品制备流体中。

在一些实施例中，该样品分配机构包括：

分配腔室，其形成抵靠至少一个密封件的第二密封件，以将预定子体积的样品流体截留在分配腔室内；

刺穿构件，其通过在该至少一个密封件中形成至少一个开口来破坏该至少一个密封件；和

柱塞机构，其与分配腔室的内表面形成滑动密封件，其中滑动密封件被配置为沿着分配腔室的内表面滑动，以使预定子体积的样品流体从分配腔室分配，通过至少一个开口，并进入至少一个诊断测试储器中。

在一些实施例中，分配腔室包括外表面，该外表面具有相互间隔的腔室定位特征，该腔室定位特征从所述外表面延伸并且被配置为将分配腔室对准样品制备储器的中心，并且当样品分配机构插入样品制备储器中时，允许样品流体在腔室定位特征之间流动。

在一些实施例中，样品分配机构被配置成使得由用户执行的单个动作造成样品分配机构的两个操作阶段，包括将预定子体积的样品流体截留在分配腔室内的第一操作阶段，以及从分配腔室分配样品流体的第二操作阶段。

在一些实施例中，样品分配机构包括力排序部件(forcesequencingcomponent)，该力排序部件被重新配置或破裂以允许进行第二操作阶段。

在一些实施例中，力排序部件包括可破裂部件(breakablecomponent)，该可破裂部件被构造成破裂以允许样品分配机构的操作从第一操作阶段前进到第二操作阶段。

在一些实施例中，力排序部件包括可塌陷或可压扁的间隔件，该间隔件在第一操作阶段压靠分配腔室并导致分配腔室密封，并且在第二操作阶段被压塌或压扁以保持密封，执行穿孔动作，并且操作柱塞以从分配腔室分配样品流体。

在一些实施例中，分配腔室最初被配置成使得当样品分配机构被插入样品制备储器中时，样品流体在其能够流入分配腔室中之前被迫在分配腔室的外侧周围流动，其中在分配腔室外侧周围流动的流体被导致流过过滤器或多孔填充材料，过滤器或多孔填充材料保持和/或截留颗粒和碎片和/或包含生物或化学成分，该生物或化学成分结合到或捕获样品流体的可能抑制或干扰诊断测试或扩增过程的成分。

在一些实施例中，样品制备储器包括磁性颗粒与样品制备流体，磁性颗粒的表面被涂覆或功能化，以当磁性颗粒混合在样品流体内中时结合并捕获生物或环境样品的至少一种预定靶标物质，并且样品分配机构被配置成使得当样品分配机构被插入样品制备储器中时，样品流体被迫流过分配腔室，并且一个或更多个磁体紧密靠近分配腔室的内表面定位，使得在样品流体内含有的并且已经捕获靶标物质的磁性颗粒被吸引到分配腔室的内表面并保持抵靠该内表面，使得与分配腔室的内表面形成滑动密封件的柱塞机构收集保持抵靠内表面的磁性颗粒，并将磁性颗粒分配到至少一个诊断测试储器中，以在分配到至少一个诊断测试储器中的预定子体积的样品流体中提供至少一种预定靶标物质的增加的浓度。

在一些实施例中，封闭件和样品制备储器中的至少一个被配置成防止或至少抑制封闭件从样品制备储器移除，使得流体保持密封在诊断测试组件内。

在一些实施例中，至少一个诊断测试储器包括至少两个诊断测试储器。

在一些实施例中，诊断测试储器容纳不同的诊断测试和/或检测试剂，其被选择以执行相应的不同的诊断测试和/或检测相应的不同的靶标实体。

在一些实施例中，样品制备储器容纳用于包括细胞裂解的样品制备的试剂，并且至少一个诊断测试储器被配置为用于核酸扩增和结合特定标记，以实现通过诊断测试设备可以测量光输出，以确定对应的诊断测试结果。

在一些实施例中，至少一个诊断测试储器包括至少一个透明的诊断测试储器，以使得对应的测试结果能够作为在相应的至少一个诊断测试储器内的一个或更多个特定波长下的发射和/或吸收和/或浊度的变化而被视觉观察到。

在一些实施例中，至少一个诊断测试储器中的至少一个是透明的，并且诊断测试设备被配置成通过检测或测量至少一个诊断测试储器内的一个或更多个波长下的发射和/或吸收的变化来确定至少一个诊断测试储器中的测试结果，其中诊断测试设备被可选地配置成照射至少一个诊断测试储器以增强或产生检测或测量。

在一些实施例中，诊断测试设备和诊断测试组件包括相应的对准和支撑特征，对准和支撑特征被配置为相互接合，以确保诊断测试组件相对于诊断测试设备以预定对准被接收，并且当在将生物或环境样品和样品分配机构接收在样品制备储器中之后将封闭件施加于样品制备储器时保持对准。

在一些实施例中，诊断测试设备包括一个或更多个部件，其被配置为向诊断测试组件施加变化的和/或移动的磁场，以引起样品制备储器和至少一个诊断测试储器中的至少一个内的磁性颗粒的对应移动，从而引起其中的样品和样品制备流体的混合。

在一些实施例中，诊断测试设备和诊断测试组件被配置成允许诊断测试设备独立地控制样品制备储器和至少一个诊断测试储器的温度。

在一些实施例中，诊断测试设备包括一个或更多个图像传感器，该图像传感器被配置成生成表示诊断测试组件的至少一部分的一个或更多个图像的图像数据，

其中图像表示以下中的至少一个：

(i)在所述至少一个诊断测试储器和样品制备储器中的至少一个内的流体分布，并且诊断测试设备被配置为处理图像数据以监控样品流体的分配，并且如果监控已经确定分配完成，则进行下一阶段的诊断测试；和

(ii)容纳在至少一个诊断测试储器内的流体体积，并且诊断测试设备被配置为处理图像数据，以允许补偿所分配的流体中的体积容差，从而允许改进测试结果确定。

在一些实施例中，诊断测试设备包括一个或更多个光学传感器，该一个或更多个光学传感器安装到在诊断测试设备的控制器的控制下的平移台，使得光学传感器可以测量来自诊断测试组件的一个或更多个选定的诊断测试储器的光学吸收或发射或荧光。

在一些实施例中，诊断测试设备包括至少一个紫外线(uv)发射源，以在诊断测试之后使容纳在诊断测试组件内的样品变性，从而在样品流体从诊断测试组件逸出的情况下抑制污染。

根据本发明的一些实施例，提供了一种诊断测试方法，该诊断测试方法包括以下步骤：

将诊断测试组件放置到诊断测试设备的接收端口中，该诊断测试设备被配置为对其中的生物或环境样品执行诊断测试；

将生物或环境样品添加到容纳在诊断测试组件的样品制备储器中的样品制备流体中，用于在其中制备样品流体；

在添加步骤之后，将样品分配机构插入样品制备储器中，并将封闭件施加到样品制备储器；

操作样品分配机构，以破坏样品制备储器和诊断测试设备的至少一个诊断测试储器之间的至少一个密封件，以允许样品流体从样品制备储器进入至少一个诊断测试储器，并且将预定子体积的样品流体从样品制备储器分配到至少一个诊断测试储器中，用于在其中诊断测试和检测，同时防止样品制备储器和至少一个诊断测试储器之间的进一步流体移动。

在一些实施例中，样品分配机构附接到封闭件，使得将封闭件施加到样品制备储器也实现将样品分配机构插入到样品制备储器中。

在一些实施例中，用户的单个动作导致对样品分配机构的操作，该单个动作是相对于样品制备储器施加到封闭件的持续旋拧动作，其中旋拧动作导致样品分配机构的操作并密封样品制备储器。

本文还描述了一种诊断测试仪器或设备，该诊断测试仪器或设备包括：

-带有入口端口的仪器壳体，用于接纳塑料盒(cartridge)组件。

-传感器或开关，用于检测插入到设备中的盒的插入或存在。

-控制器电子器件和相关的内部电子器件、微处理器和存储器，用于运行软件程序并保存数据以备将来调用和使用。

-电气接口连接器，用于连接usb、串行或以太网络连接的外设接口和外部存储设备。

-嵌入式软件，用于提供对仪器、盒的顺序处理的功能，并获取诊断测试测量值，以用于对测试结果的解译确定。

-温度控制样品腔室加热器块，用于对盒组件的上部样品腔室部分提供加热和温度控制。

-温度控制加热器块，用于对插入的盒中的上部接触特定扩增测试孔提供加热和温度控制，其中该块可以对盒孔内的流体施加受控温度，包括温度循环。

-传感器，用于在测试运行期间和测试完成时，检测和测量在测试孔内的试剂和添加的样品流体的反应的光学吸收特性、荧光特性或生物发光特性。

仪器设备可以包含一个或更多个光学传感器，其中这些传感器可以沿着一排测试孔被扫描，以允许使用一个或更多个不同的传感器为每个测试孔记录多个测量值。

可选地，仪器控制器可以定位成远离设备的物理主体，例如在远程服务器上，并且通过通信网络(例如互联网)管理和控制设备的操作。

可选地，一个或更多个传感器是同轴荧光传感器，其中来自发光二极管的光学过滤发射或选择性波长范围的激光照明从传感器透镜发射。这种照明导致测试孔中样品的光学激发，并且同一透镜还捕获来自样品的不同偏移波长的荧光发射。该样品荧光发射被测量并形成用于确定诊断测试结果的测量值。

可选地，一个或更多个传感器将使用分离的激发照明源来光学激发测试样品并使用分离的传感器来测量产生的荧光发射，来检测容纳在每个测试孔内的样品内的荧光。

可选地，一个或更多个传感器使用特定光学照明波长范围的反射或透射来测量容纳在每个测试孔内的测试样品内的光学反射或光学吸收。

可选地，一个或更多个传感器测量来自测试样品的光发射，其中该发射是由测试样品内的发光或生物发光引起的。

可选地，传感器以恒定的速度扫描经过所有的孔，并获取大量的测量值。对该测量数据组的后续处理确定了分配给每个测试孔的测量值。这种分析考虑了诸如每次测量的相对位置或采集时间的特性，以及具有包含所获取的测量值的内插曲线的局部峰值。

可选地，仪器设备包含一个或更多个紫外线光源，其中紫外线照明可以由仪器控制器打开或关闭。

可选地，仪器设备包含在荧光或光学吸收传感器的视野内的一个或更多个参考靶标。

盒

诊断测试盒包括一个或更多个诊断测试储器，为了方便起见，这里也称为“试管”，其与盒内的样品制备储器的分隔壁紧密联接。样品制备储器与已联接的试管之间完全密封，并且通常被供应成预填充有一定体积的样品制备流体且具有可移除的封闭件。

在使用中，测试盒在测试设备内被支撑和加热，并且移除可移除的封闭件以添加样品。样品可以是对其进行合适的诊断测试的任何生物或化学样品，且测试显示化学试剂被包含在联接的试管内。

测试盒被供应有带有附接的分配机构的额外的帽。这种额外的帽包含分配机构，并且在移除初始帽和添加样品之后装配。当额外的帽和分配机构被插入并且帽通过诸如将其旋拧关闭的动作被关闭时，分配机构对样品腔室的基部穿孔，并且将已测量的一定体积的制备的样品流体分配到一个或更多个试管中。然后，该帽关闭并将样品密封在盒组件内。

可选择地，第一帽一旦被移除，就可以在单独的操作中使分配机构装配到其上，以形成准备好被重新装配的具有被包括的分配机构的额外的帽，以操作分配功能并关闭盒。

可选地，在添加样品后，直接插入分配机构本身，然后装配帽，且关闭该帽的动作(例如将帽旋拧关闭)操作分配机构并关闭盒。

盒操作

-测试盒，其具有可移除的封闭件或帽，以允许添加测试样品，其中该盒包含容纳样品制备流体(例如缓冲液或裂解溶液)的样品制备储器，以帮助样品的制备，并且可以包括从样品细胞内分离靶标dna材料。盒的样品制备流体储器部分是封闭的容积，以可靠地保持样品制备溶液，直到子体积穿过储器和已联接的试管之间的原本密封的壁中的穿孔分配的时刻。

-测试仪器，其支撑与诊断测试储器接触的金属或其他导热块，使用安装在块上的单个或多个反馈温度传感器在电子控制器下提供受控温度。该加热块被配置成通过塑料孔壁加热和控制诊断测试储器的流体内容物的温度，目的是获得样品内的材料上的样品化学或酶反应以暴露靶标dna。

可选地，金属或其他导热块与盒的流体体积接触，使用安装在块上的单个或多个反馈温度传感器在电子控制下提供受控温度。该块操作系统被配置为通过盒壁将内部测试流体加热至已知温度，以便在流入测试孔之行进行样品制备和细胞裂解。

可选地，温度传感器可以包括一个或更多个红外发射非接触式温度传感器，其中这些传感器被配置成读取块温度或反应测试孔中流体的实际温度。

-金属或其它导热块，其与诊断测试储器或“测试孔”或可选的多个测试孔接触，使用安装在块上的单个或多个反馈温度传感器在电子控制下提供受控温度。该加热块被配置成通过塑料孔壁加热和控制测试孔的流体内容物的温度，目的是获得包括等温或pcr核酸、dna扩增的测试反应。

uv照明

紫外线照明用于在测试完成时将测试盒的内容物(包括测试孔的内容物)净化和变性。

可选地，在测试完成时，紫外线照明用于变性和分解基因核酸产物，包括每个测试孔内的核酸扩增的产物。这种通过紫外线照明使基因dna材料变性和分解，用以防止扩增子对系统或其环境的任何污染(如果盒随后被损坏，或泄漏)，并防止这种材料被不经意地引入到随后的测试中并导致错误的测试结果。

可选地，紫外线照明与检测传感器一起被携带在托架上，该托架可以沿着多个测试孔进行机械扫描。这种装置允许单个聚焦紫外线源在受控净化扫描期间依次照射每个孔。

可选地，紫外线源由一个或更多个紫外线发光二极管组成。

光学测量

可选地，一组光学测量传感器可以通过测试孔及其周围的加热器块中的光学窗口或端口来观察测试孔内容物，以产生光学吸收、荧光或生物发光的测量值。

可选地，光学传感器安装在托架上，该托架可以直线地沿着测试孔移动，以扫描一组孔中的每一个孔并提供对一组孔中的每一个孔的光学测量。

可选地，直线扫描由托架以恒定速度执行，并且与每个测试孔相关联的峰值读数或平均读数被指定为该孔的光学读数。

可选地，托架在直线滑动装置上移动，该直线滑动装置可由步进马达驱动，以在软件控制和仪器控制器的电气接口控制下提供精确的位置和运动控制。

可选地，一组参考样品安装在仪器内，使得用于获取孔测量值的传感器也可以获取参考样品的测量值。

可选地，当测量参考样品时获取的一组特定传感器测量值被保存到仪器控制器内的非易失性存储器位置，使得这些保存的读数可以在将来用于确认后续读数在每个相应传感器和参考样品的保存读数的给定容差范围内。

可选地，能够将安装在仪器内的参考材料的传感器读数与之前保存的同一样品的读数进行比较，以便仪器控制器执行仪器自测。

成像传感器和图像分析

可选地，在盒组件的表面上提供码标记或条形码或二维码，例如qr码。

可选地，编码标记通过激光标记、激光变色或激光蚀刻印刷在盒的塑料表面上。

可选地，包含在仪器内的图像传感器或照相机传感器与包含在仪器内的照明相结合，获取盒上印刷码的图像，并通过软件中的图像分析过程，提取编码信息。

可选地，在印刷码中编码的信息包括以下数据中的一个或更多个：测试标识、测试序列的细节和运行盒所应用的温度、唯一的盒序号、盒的制造批次号、特定批次的校准参数、盒的制造日期以及在此之后盒不应被使用的过期日期。

可选地，图像传感器用于确认序列进程以及测试试剂在盒内的正确释放和流动，使得测试的完整性可以被软件确认，并用于提高测试结果的可靠性和安全性。控制器使用图像传感器来观察盒内的内部流体和机构零件，并通过使用设备控制器内的图像分析软件来计算控制解译。

可选地，图像传感器确认分配机构的操作和位置，以确认盒的不完整操作或正确且完整的操作，并提示用户完成操作，或者在完成时，自动前进到设备过程中的下一步骤，以获取最终测试结果。

可选地，液体试剂由可视染料着色，并且测试输出是荧光信号，使得试剂着色不干扰测试输出，但是该颜色可以用于可视地跟踪盒内的流量和分配水平。

可选地，仪器内的图像传感器捕获盒透明部分内的着色试剂的图像，并在软件图像分析中确认特定的流量需求已经被正确地操作。

可选地，由图像传感器获取的图像数据和随后的图像分析被软件控制器用来确定每个试管中分配的样品流体的液位，并使用该液位来确定样品流体分配过程已经正确完成。仪器内的软件控制器也可以使用试管内的液位来将分配操作中的容差补偿到测试结果。在软件中，通过使用管的数学模型或通过使用查询表，将每个测试腔室的流体的液位转换为体积。一旦诊断测试储器内的测试试剂溶解到分配的流体中，分配的流体的体积会影响测试储器内的测试试剂的浓度。通过测量分配的样品流体的体积，计算出每个试管内的试剂浓度。该测试结果的影响可以从一系列先前进行的实验或从测试反应的模型中确定。测试试剂浓度对测试结果的影响和对用以解释结果的测试的时间系列测量的解译，可以在设备软件内进行调整或补偿。

可选地，由包括图像传感器的设备传感器和图像分析确认的诊断测试进程步骤的细节被包括在测试的相关电子记录或打印记录内，以将该信息提供给随后的测试结果审查者，并提高测试的正确操作的可信度和证据。

可选地，该盒包含样品制备和核酸扩增、基因序列结合和使用等温核酸扩增方法的光输出所需的化学和生物试剂。

可选地，该盒包含样品制备和核酸扩增以及使用聚合酶链式反应、pcr、核酸扩增方法进行基因序列检测所需的化学和生物试剂。

附图简述

下文仅通过示例参考附图描述了本发明的一些实施例，其中：

图1是根据本发明实施例的装配有运输帽的诊断测试组件或盒的图示；

图2是图1的盒的横截面侧视图；

图3示出了移除运输帽的盒，并且将拭子插入到盒的样品制备储器的开放容积中，以将样品材料沉积在其中；

图4示出了分配帽组件，其包括帽和将要插入样品制备储器中的分配机构；

图5是帽组件在插入样品制备储器中期间的横截面侧视图；

图6是示出了当用户向帽施加旋拧动作时，分配机构的分配插入件在接触样品制备储器的内部基部以与其形成密封之后的横截面侧视图；

图7示出了分配帽组件的替代形式，其中分配机构包括可塌陷的间隔件(collapsiblespacer)，以提供力排序并确保分配插入件与样品制备储器的内部基部形成密封；

图8是图7的分配帽组件的分解图；

图9是示出了在螺帽已经被用户完全接合之后，分配机构的分配杆的横截面侧视图，螺帽被用户完全接合导致对样品制备储器和盒的诊断测试储器之间的密封件穿孔，并且样品流体从样品制备储器分配到诊断测试储器中；

图10是完全接合帽组件(如同图9)后的盒的外部视图；

图11示出了诊断测试系统，其中盒在诊断测试仪器中的适当位置、被对准并支撑在诊断测试仪器中；

图12是图11的仪器的分解图，示出了仪器的部件，包括壳体、电子显示模块、具有上部和下部加热器模块和检测传感器的盒接口核心部以及具有集成电子控制器的基部组件；

图13示出了仪器的盒接口核心部，其具有上部和下部加热器模块和安装在内部电路板和结构板上的检测传感器；

图14示出了仪器的上部和下部加热器块内的单个测试储器盒，仪器的其他部件未显示；

图15是图14中所示的部件的横截面图；

图16和图17示出了单个测试储器盒以及诊断测试储器与安装在仪器内的光学传感器的关系，仪器的许多其他部件未示出；包括光学焦锥，以示出从测试储器获取光学测量值，光学焦锥针对荧光检测的示例表示为进出传感器的出射透镜的同轴激发和光收集的场；

图18示出了具有两个诊断测试储器的盒的实施例；

图19是图18的双测试储器盒的横截面侧视图；

图20示出了图18和图19的盒，其运输帽被移除，并且将拭子插入到双测试储器盒的样品制备储器的开放容积中，以将样品材料沉积在其中；

图21示出了帽组件，该帽组件包括帽和将要插入双测试储器盒的样品制备储器中的双测试储器分配机构的实施例；

图22示出了双测试储器分配机构，其分配插入件与其分配杆分离；

图23至25分别是具有其分配机构的双测试储器盒的横截面侧视图；(i)部分插入，(ii)进一步插入，使得其分配插入件已经抵靠在盒的基部上，但是在穿孔和分配之前，以及(iii)完全插入，使得穿孔和分配动作完成；

图26是完全接合其帽组件(如同图25)后的双测试储器盒的外部视图；

图27是仪器的一个实施例的图，该仪器被配置为与双测试储器盒一起操作，并且双测试储器盒在其中处于适当位置；

图28是图27的仪器的内部核心部的图；

图29和图30示出了双测试储器盒及其诊断测试储器与安装在双测试储器仪器内的光学传感器的关系，其中仪器的许多其他部件未示出；包括光学焦锥，以示出从测试储器获取光学测量值，光学焦锥针对荧光检测的示例表示为进出传感器的出射透镜的同轴激发和光收集的场；为了从允许从两个测试储器读取，传感器安装在移动板上，其中在图29的端视图中示出了直线支承件和控制传感器扫描移动的步进马达；传感器安装在板上，板本身安装在直线支承件上，并附接到马达驱动的丝杠，允许仪器从每个传感器获取盒中两个诊断测试储器中的每一个储器的光学测量值；

图31和图32是分别示出两个加热器块的外部视图和横截面视图的图，这两个加热器块在双诊断测试储器盒插入双诊断测试储器仪器之后环绕双诊断测试储器盒；上部加热器块提供对盒的样品制备储器的温度控制，而下部加热器块提供对两个测试储器的温度控制；下部块包含光学端口，以允许在测试储器的内容物处于温度控制或温度循环下时从测试储器的内容物中获取光学测量值；下部加热器块包含光学端口，以允许在测试储器的内容物保持在受控的温度或温度曲线时通过该端口对测试储器的内容物执行光学激发和荧光检测；

图33是仪器的控制系统的框图；

图34是仪器的工作流程的流程图；

图35是典型扩增曲线的曲线图，该曲线是在测试储器内进行pct扩增期间作为一系列实时测量值而被捕获的；

图36是示出流过图4至图9的分配器插入件和在图4至图9的分配器插入件周围流动的流体的图，当分配机构被压入盒中时，引起混合；

图37是单独的分配插入件的图；

图38是示出分配插入件的可选择的实施例的横截面侧视图，其中插入件孔的基部被密封，并且当插入件被压入盒中时，样品和样品试剂流体只可以流过插入件的外部旁路区域，然后流回插入件孔的顶部中；旁路区域可以包括过滤器或多孔材料或填充物，以去除或截留样品流体内的任何颗粒，并防止这些颗粒进入测试储器；和

图39是横截面侧视图，示出了分配插入件的另一可选择实施例，其中当组件被压入盒中时，样品流体只可以流过插入件的内孔；样品流体不可以绕过插入件筒，这是由于该区域被堵塞，并且插入件包括围绕孔的磁体，以收集和浓缩在磁珠的表面上捕获的dna和rna。

详细描述

本发明的实施例包括诊断测试系统，该诊断测试系统包括诊断测试设备(称为“仪器”)和诊断测试组件(为了方便参考，在此也称为“盒”)，该诊断测试组件与诊断测试仪器一起使用，以对生物或环境样品进行诊断测试。如本文所述，盒和仪器对于用户来说易于操作，而不需要一般测试实验室的设施。

在所描述的实施例中，诊断测试组件以一次性诊断测试盒的形式提供，该诊断测试盒在诊断测试之前生产，并且已经包含所有的前驱化学成分(即试剂)，以运行特定的一组的一个或更多个诊断测试。诊断测试组件/盒被配置成使得它可以被安全地处理，而不会受到环境的污染，或导致测试材料对用户或环境的污染，或导致对这些化学成分的干扰，或以其他方式影响盒的后续操作，盒的后续操作需要与诊断测试仪器相互作用。

下面描述根据本发明一些实施例的盒和诊断测试仪器的细节。通过将特定的样品制备、扩增和标记试剂预装载到盒中，诊断测试系统可以被配置为运行特定的预定的一组的一个或更多个诊断测试，并且向用户提供测试结果的至少一个指示。不同型式的盒具有相同的物理构造，但可以生产不同的装载试剂，以涵盖广泛的测试类型和诊断应用。在一些实施例中，仪器可以根据盒的标识符(视觉的或其他的)自动确定待执行的诊断测试的类型，执行所确定的诊断测试，并且在诊断测试完成时，通过在用户界面显示器上显示诊断测试结果和/或经由仪器的多个通信接口中的任何一个以一个或更多个电子记录或其他形式的电子数据的形式提供诊断测试结果来向用户提供诊断测试结果。

为了帮助移除封闭件、预热、样品添加、样品制备、样品分配、盒封闭和测试结果测量，盒由诊断测试设备/仪器支撑、与诊断测试设备/仪器对准、由诊断测试设备/仪器加热和测量。在一些实施例中，该仪器包括分离的加热器区域，用于对盒内的样品制备储器和诊断测试储器进行独立的温度控制。在典型的测试序列中，将容纳样品制备流体的盒插入仪器，仪器检测盒的存在并开始加热样品制备流体。当样品制备流体达到所需温度时，仪器会提示用户添加待分析的生物或环境样品。样品制备流体的加热可有助于快速有效的样品制备，但对于某些类型的样品来说可能不是必需的。

想要对生物或环境样品进行诊断测试的诊断测试系统的用户将样品引入盒中。在移除其封闭件的情况下，在该步骤中，盒提供了没有障碍物的开放容积，这意味着携带生物或环境样品的拭子可以轻易地用来搅拌样品制备储器中的样品制备流体，并将来自拭子的生物或环境样品清洗到样品制备流体中，而不会遇到会妨碍该步骤的障碍物。然而，尽管这表征了盒内的开放容积，但是对于本领域技术人员来说明显的是，使用拭子根本不是必要的，并且可以通过任何合适的方式将任何合适形式的样品添加到样品制备流体中。

在生物样品的情况下，将样品添加到样品制备储器内的样品制备流体中的步骤启动了样品稀释和细胞裂解的特定生物和化学过程，以制备用于测试的样品材料，包括其包括的rna或dna核酸。然而，该系统不限于生物测试，并且可以例如用于检测任何类型的样品中痕量元素的存在或测量痕量元素的量。根据本公开，其他合适类型的诊断测试对于本领域技术人员来说将是明显的。

随后，或者当仪器提示时，用户随后将封闭件施加于样品制备储器，并且操作封闭件的动作不仅将样品和样品制备流体密封在盒内，而且还致动样品制备储器内的分配机构以将预定体积的子样品输送到盒内的一个或更多个诊断测试储器中。

然后，仪器控制一个或更多个诊断测试储器以及其内容纳的样品流体和试剂的温度。这种温度控制可以是保持固定温度，或者遵循预定的随时间变化的温度曲线，例如，或者在pcr反应的情况下，在不同的固定温度之间进行加热和冷却的热循环。在任何情况下，试管的内容物的周期系列或时间系列的光学测量由仪器获取。该仪器可以处理这些测量值，以确定测试结果，然后该结果可以显示给用户或以其他方式作为输出提供给用户。

在运行测试之前，盒保护运送和储存中的试剂，并在诊断测试进行时支持测试过程。测试试剂、扩增基因产物和污染物始终(包括在测试完成时)保持在盒内。测试完成时，可将密封的盒移除以进行处置，并且仪器始终是防流体和防污染的。

在将生物样品添加到盒中并随后密封在盒内之后，在随后的测试过程期间以及在移除盒以进行处置之后，保护用户免受样品的生物或化学危害。

如图1和图2所示，诊断测试组件或“盒”包括样品储器或腔室1、至少一个测试储器或腔室(这里也称为扩增储器或腔室)3、以及样品制备储器和至少一个诊断测试储器之间的至少一个密封件，以防止样品制备储器和至少一个诊断测试储器之间的流体移动。在所述的实施例中，样品储器或腔室1为圆柱形盒主体1的形式，扩增储器或腔室3为扩增管的形式，其通过固定环或夹子4和弹性体密封件5联接到盒主体。弹性体部件5提供在扩增管3和盒的模制主体1之间的密封，使得扩增管3的内容物在使用前不会受到环境污染的影响，并且在使用期间和使用之后不会逸出。根据本公开，其他联接和密封装置和构造对于本领域技术人员来说是明显的，并且可以用于其他实施例中。

在图1和图2中示出了使用前的盒的运输构造，其中样品储器或腔室1用运送帽2密封，并且部分地填充有样品制备流体或试剂流体11，并且扩增管3部分地填充有核酸扩增试剂和相关的检测探针试剂12。这些试剂11、12可以是液体、凝胶、干燥或冻干形式。

通常，样品试剂11将为液体形式，并且一旦一些样品试剂流体11被添加到扩增管3中，将提供水溶液以稀释测试样品dna或rna并将其暴露于溶液中，并且提供流体以溶解或重新悬浮冻干或干燥的试剂。扩增试剂可以被干燥或冻干，或者以凝胶或液体形式，以最适合制备、装载、储存和运送。

样品制备流体11以及扩增和检测试剂12在使用前在制造期间被装载并密封在盒内。

在使用前的运输构造中，如图1和图2所示，帽2具有较短的长度，使得其下边缘8不接触盒主体上的模制闩锁凸起部(moldedlatchingcams)9。运输帽2的这种构造允许其将样品制备液体试剂11密封在盒主体1内，但是帽2可由用户移除以开始测试。

盒主体1具有对准特征10，该对准特征10与仪器中的配合狭槽对准和接合，以防止盒在仪器中就位时旋转。这种防旋转功能允许用户轻松移除运输帽，然后装配测试帽，所有操作都是单手操作。

盒主体1容纳样品制备流体11，因为盒主体1包括位置7处的其基部上的密封件，使得在装配有帽2的情况下，盒主体1形成密封的容器或储器，而不与测试储器或管3流体连通。

如图2所示，在所描述的实施例中，扩增管3被装配到模制到盒主体1的基部上的凹部中，并且用弹性体密封件5密封，并且由保持环4保持，该保持环4通过闩锁特征、摩擦配合或通过使用粘合剂或塑料焊接固定在适当的位置。在一些实施例中，扩增管3还在其顶部上方包含附加的膜密封件，例如焊接塑料膜或热密封箔膜。扩增管3的顶部上的这种附加密封件在组装到盒上之前用于保持扩增试剂12，并且便于在单独的制造操作中以及随后组装到盒主体1上时装载和密封扩增管。这种密封件还为扩增管内容物提供了额外的保护，防止水分穿过盒的上部样品试剂腔室的壁扩散。

在一些实施例中，扩增管3以独立的包装供应，并且仅在开始测试之前被夹到或旋拧到盒主体1上的适当位置。

为了运行测试，将盒插入仪器，使得盒主体1被支撑，并且防旋转特征10与仪器接合。

图11示出了在仪器主体30内适当位置的盒，并通过弹簧加载的滑动罩36锁定在适当位置，该滑动罩36在盒的保持套环13上滑动并围绕该保持套环13滑动。

在这种构造中，运输帽2暴露给用户并可由用户获得，并且被移除以开始测试。

在以下测试功能期间，盒会保持在仪器内并在仪器内加热，但在图3至图9中仅显示了盒，以帮助说明和解释盒的功能。

图3示出了在测试开始之前移除了运输帽2的盒。软件功能和仪器上的用户显示器提示用户移除帽2并添加待测样品。该提示可以跟随在样品腔室1的加热阶段之后，以在添加样品之前升高样品制备流体11的温度。

样品可以是多种类型中的一种，并且可以通过任何合适的方法包括到样品制备流体11中，该方法包括但不限于流体样品的移液管添加或液滴添加、小组织样品或体液或环境、兽医、食品或农业样品的添加。由于该测试使用核酸扩增，因此它可能非常灵敏，只需要少量的样品材料就能有效地进行测试。

图3示出了样品收集拭子15被引入到开放的盒中。在使用样品收集拭子15的情况下，用户将样品收集拭子15引入样品腔室1并在样品制备流体11中清洗。样品制备流体11被配置为清洗来自拭子15的样品材料，并且可以含有盐、稀释流体或清洁剂，其将细胞分离并导致细胞壁裂解，以将包括dna或rna靶标材料的样品材料的核酸成分暴露到样品腔室溶液中，使得其将适合于随后的核酸扩增。

其他样品收集方法或样品类型可以作为拭子15的替代方案应用于测试盒。这些样品收集和样品添加方法可包括但不限于：

(i)使用移液管并添加样品流体；

(ii)使用直接来自扎破手指的全血液滴；和

(iii)使用吸收垫或膜来收集流体样品，例如全血，并将其添加到样品调理清洗流体11中。

在添加样品后，在仪器软件的控制下，仪器显示器会提示用户等待一段时间，以允许样品制备和细胞裂解过程有足够的时间生效。

一旦样品制备时间段完成，用户被提示插入分配帽组件。该分配帽组件在图4中显示为由附接到样品分配机构的帽20组成，样品分配机构包括分配杆21和分配插入件22。

在所描述的实施例中，分配帽组件被供应为完全组装在保护性包装中，并且由用户移除和插入，但是在其他实施例中不需要这样。例如，在一些实施例中，样品分配机构可以由用户附接到移除的运送帽2，以形成帽组件，并且在一些其他实施例中，分配机构可以设置在样品制备储器内，并且通过将帽施加到样品制备储器1的动作，帽(移除的运送帽2或不同的帽)联接到分配机构。

在任何情况下，样品分配机构可操作成使至少一个密封件破裂或以其他方式破坏或打开，以允许样品流体从样品制备储器1进入至少一个诊断测试储器3，并且将预定子体积的样品流体从样品制备储器分配到至少一个诊断测试储器3中，用于在其中进行诊断测试和检测，同时防止样品制备储器1和至少一个诊断测试储器3之间的进一步流体移动。

在所描述的实施例中，如图4所示，分配插入件22安装到分配杆21的一端。分配杆21包含凸缘42，一旦凸缘42插入分配插入件22的圆柱形孔或“圆筒”中，凸缘42就构成柱塞或活塞。在一些实施例中，活塞通过与圆柱形孔紧密配合形成滑动密封件，但是在其他实施例中，包含弹性体密封件以改善密封。在图5所示的实施例中，“o”形环24用于当活塞在分配插入件22的圆柱形孔内滑动时改善活塞的密封。

如图4所示，分配插入件22在其上部部分中包含以狭槽23形式的开口。这些狭槽23被布置成使得，当组件被插入盒中时，在分配杆活塞的初始构造中，内部o形环被定位在狭槽23的基部上方，并且狭槽23向外延伸到插入件22的外径，使得当插入件22被进一步压入样品制备储器中时，流体既可以流过插入件22的圆柱形孔的外侧，也可以流过插入件22的圆柱形孔。这种构造可防止压力增大，并有助于在插入过程中混合样品流体。对于本领域技术人员来说，开口和构造的其他合适形式是明显的，例如，比如孔洞或凹槽，以实现这一功能，其中插入件22不与样品制备储器的内壁形成密封，并因此插入件22可以轻易地移动经过保持在样品制备储器1内的样品流体。分配插入件22的外径和形式允许其在被压入时在样品制备储器1内被定位和居中地对准，也允许其在被插入时轻易地向下移动到样品制备储器中(即，没有来自样品流体的显著阻力)。这允许分配插入件22的基部与样品制备储器1的基部中的配合凹部54精确对准。

图5示出了部分插入样品制备储器1中的分配机构。分配杆21包括带有密封“o”形环24的活塞凸缘42，以及位于分配杆21的端部处的密封件穿孔尖端26。

一旦分配组件被充分插入，帽20中的内螺纹28与盒主体上的外螺纹29接合。

一旦这些螺纹28、29已经相互接合，用户被提示并且可以逐渐地将帽20旋拧关闭。旋拧关闭帽20的动作提供了机械优势，该机械优势便于分配组件行进穿过样品制备储器1以接合内部部件，对样品制备储器1的基部处的密封件穿孔，并将样品流体的子样品体积从样品制备储器1分配到诊断测试储器3中。

图6示出了与盒主体1的基部接触后的分配插入件22。在该位置，分配插入件22以这样的方式保持在分配杆21上，即在分配杆21可以进一步移动到分配插入件22的孔中之前需要一些额外的力。该额外的力允许分配插入件22的基部在摩擦下被压入或卡扣到样品制备储器1的基部处的凹部52中的配合特征或表面特征中的适当位置中，从而与其形成流体密封。在一些实施例中，在分配插入件或样品管上包括小的弹性体密封件，以有助于该密封的形成。然而，在最简单的实施例中，分配插入件22的基部的注射模制形式和样品制备储器中的配合特征足以在这些部件相互接触时施加的压力下形成流体密封。图6示出了由分配杆21中的圆形凹槽25和分配插入件22上的对应环形圈形成的制动部(detent)。该制动部提供了初始脱离力，以在一旦克服了制动部阻力并且分配杆21在螺帽20的持续旋转动作下开始行进穿过分配插入件22后的分配操作完成之前，将分配插入件锁定并密封在样品制备储器的基部中的适当位置。用于提供分配插入件密封力的其他装置是可用的，并且对于根据本公开的本领域技术人员来说将是明显的。

图7示出了分配器帽和分配机构的替代结构。在该实施例中，插入件22装配到分配杆21上，可塌陷或可压扁的间隔部件91被捕获在分配插入件与从分配杆延伸的接合特征92之间。图8以分解零件视图示出了该相同的分配帽组件。

当分配帽组件通过螺帽的动作被压入盒中时，分配插入件与盒样品腔室的基部接触。可塌陷间隔件91允许旋拧动作施加力以接合密封动作，其中分配插入件的圆柱形孔的基部被压入盒的基部中的配合特征中。

随着帽旋拧动作施加额外的力和行程，间隔件91被构造成以受控的方式塌陷，以将分配插入件压入适当位置，且然后允许分配杆21上的“o”形环柱塞进入分配机构的管状孔部分。

在上述装置中，在分配插入件被保持或锁定在适当位置后，分配杆21上的“o”形环柱塞被导致进入分配机构的管状部分，并形成活塞和圆筒或注射器。

当“o”形环柱塞将流体体积截留到分配管中时，分配杆21的刺穿尖端26在分配插入件22中的管的基部处对盒中的塑料部分穿孔。该穿孔动作穿过塑料部分并且也穿过扩增管3的顶部上的箔膜或塑料膜戳出孔洞。柱塞的持续行进随后将截留的流体体积分配到扩增管3中。

截留在该圆柱形部分中的流体是固定且预定体积的样品流体，其通过样品腔室的基部中的穿孔被分配到安装在下面的扩增管3中。

分配动作迫使固定体积的样品流体进入扩增管中，并且通过添加分配的流体来对管内容物加压。扩增管3的这种适度加压适用于大多数测试应用，并且不会干扰典型的化学测试、免疫分析测试或pcr扩增或等温扩增。然而，作为扩增管3加压的替代方案，在一些实施例中，图6所示的分配杆21是中空的，并且包括从穿孔尖端26到分配杆21内的内部通道22的排气口27(未示出)。分配杆21的内部通道22与样品流体腔室1的顶部处的空气连通。该排气口平衡了扩增管3的顶部处的空气体积与样品制备储器1中样品流体上方的空气压力之间的压力。这种排气装置在一些应用中是有利的，因为它降低了在内部压力的辅助下管扩增子可能泄漏到环境中的风险。

多管盒实施例

单个扩增管3内的扩增测试可以被多重化，因为在单个扩增管3内可以检测多于一个的dna或rna靶标序列和对照通道。在系统使用荧光作为检测方法的情况下，不同的靶标可以用发射不同荧光波长的探针(在本领域中称为检测通道)检测。在这里描述的仪器中，包括两个检测通道。使用上述单管盒和这里描述的双通道检测仪器，该系统可以提供对两种不同的dna或rna靶标的检测。在其他实施例中，如果需要将额外的靶标从同一样品多重化到单个诊断测试中，则可以提供额外的扩增管。这样，在仪器中使用相同数量的检测传感器的同时，可以包括额外的靶标和对照通道。例如，在具有两个仪器传感器通道和两个扩增管的实施例的情况下，该系统能够从单个样品进行4个独立通道的dna或rna检测，该单个样品被制备并从盒主体分配到两个扩增管中。

图18示出了根据本发明的一个实施例的双管盒组件。扩增管可以是连接到盒主体的分离管；然而，在图18所示的示例中，模制塑料管部件103包含两个内腔，这两个内腔相当于连接到盒主体101的两个独立的扩增管。

图18示出了盒处于其在测试开始之前的运输构造，其中运输帽102不接触模制的闩锁特征109，并且帽102可以在测试开始时被用户移除。

图19示出了相同的盒的横截面，其中管部件103包含两个内部扩增管107和108。这些管携带用于dna或rna扩增和检测探针所需的前驱试剂，通常为干燥或冻干形式。包含在每个管107、108内的试剂可以不同，以用于从同一样品执行不同的测试，或者可以是相同的试剂，以提供重复的添加测试确认。管部件103被夹到盒主体101的基部中的配合凹部特征104内的适当位置。弹性体密封件105被截留在模制盒主体的基部和管组件之间，并形成密封以防止扩增管107、108和环境之间的泄漏。

盒主体容纳样品制备试剂111，通常为液体形式，并且通常在制造期间添加。可以选择将样品试剂111供应在一个或更多个零件的分离的容器中，并在测试前移除帽时将样品试剂111添加到盒中。该盒以与上述单个扩增管实施例类似的方式操作，其中样品制备液体111形成水溶液，一旦样品被添加，该水溶液就暴露于来自样品的dna或rna并携带来自样品的dna或rna，并且一旦通过分配动作将样品稀释流体的子体积添加到这些管107、108中，就将扩增试剂重新悬浮或溶解在盒的基部处的管107、108中。

为了进行测试，将盒插入仪器端口以支撑并开始加热样品试剂流体111。这种加热可以帮助、加速或实现样品制备过程，包括细胞裂解。盒在仪器内被支撑和操作，但是为了说明的目的，在图18、图19、图20、图21、图22、图23、图24、图25和图26所示的盒的附图中没有示出仪器部件。

图27示出了完全插入到仪器中的盒，其中分配帽120可由用户获得，以通过移除运输帽、添加样品、施加分配帽120和旋拧关闭分配帽120来操作盒。

图20示出了在测试开始时的帽被移除的双管盒，并且具有拭子115，用于通过在容纳在盒主体101内的样品试剂流体111中清洗拭子115来添加样品材料。

图21示出了帽120和分配机构处于待由用户插入盒主体101中的位置。该视图中的组件由以下可见部件组成：分配帽120、分配杆121和分配插入件122。

图22以分解视图示出了分配组件。在其顶部部分处，双管盒的横截面是圆形的，以允许螺帽配合；然而，在其下部部分处，盒具有扁平化的侧面。分配插入件122松配合在盒的上部圆形横截面中，但是紧密滑动配合在盒的扁平横截面部分中。这种紧密滑动配合用于将分配插入件122引导到适当位置，使得分配插入件122与盒的基部处的配合特征对准，并且两个圆柱形孔与穿孔尖头(perforationpoints)对准，这允许样品流体离开盒主体101进入两个扩增管103中。圆形横截面到扁平化横截面的过渡是逐渐的，其形式是扭曲的，使得其在分配组件被插入时自然旋转并引导分配插入件122对准。以盒主体101形式的从圆形到扁平的这种过渡在图18中示出在盖定位特征13和帽锁定特征109之间的主体部分中。

分配组件在图22的分解装配图中示出。分配杆121被夹到帽120中，使得当组件被插入时，分配杆121可以自由旋转以帮助分配组件122与其进入盒的扁平横截面中的入口对准。分配杆121具有两个突起305和306。对于这些突起305、306中的每一个，其下部部分形成具有对应o形环密封件303、304的对应活塞，并且在每个活塞下方形成对应的尖锐的尖头307、308。

尖头307、308的横截面形状可以有助于在穿孔期间流体流过尖头307、308。例如，在所描述的实施例中，尖头的横截面是v形的，以允许尖头307、308中的每一个在它们对盒的基部处的薄材料部分穿孔时折叠出小的三角形孔屑(chad)，以帮助分配的液体流过尖头307、308。

当分配插入件122组装到分配杆121上时，分配杆突起305、306的穿孔尖端307、308伸入分配插入件122的圆柱形孔中，但不填满其容积。这些孔的横截面如图23所示。如图21和图22所示，分配插入部分具有滑动件309，该滑动件紧密配合并滑动到分配杆121的突起305、306上和分配杆121的突起305、306之间。当装配时，分配插入件122向上滑动以与分配杆上的小的桥接件310接触。与小的桥接件310的接触防止了在使用前的正常操纵中的进一步行进，并且插入件122到杆121上的滑动配合以受控的方式保持和对准分配插入件122，并且是牢固配合，使得其不会在正常操纵中脱落。

图23示出了部分压入盒组件中的双管分配插入件122的横截面。分配插入件122滑动配合到杆121上，并被小的桥接件310阻止进一步行进。分配插入件122包含两个端部开口的圆柱形孔301、302。

图24示出了螺帽120的内螺纹与盒主体上的螺纹接合的横截面，并且分配机构已经前进到盒中，到达分配插入件122的基部刚好与盒主体的基部127处的薄材料部分接触的位置。分配插入件122的基部具有与盒主体的基部配合并形成压配合的特征，从而在每个圆柱形孔301、302的基部周围形成流体密封。分配杆121上的桥接件310已经允许杆在分配插入件上施加足够的力，以使分配插入件牢固地位于盒主体基部处的密封特征中。一旦该零件就位，由用户继续旋转帽120所引起的帽螺纹的进一步前进，使小塑料桥接件310脱离，以允许分配突起305、306进一步前进到分配插入件122中。

此时，穿孔尖头307、308开始对盒主体基部处的薄材料部分穿孔，并且带有“o”形环密封件的活塞或注射器特征303、304前进以密封两个圆柱形孔301、302的顶部。

随着进一步的行进，当螺帽120被用户进一步关闭时，突起310偏转或脱离，以允许突起305和306上的o形环303和304密封分配筒的顶部，在相应的分配孔301、302内形成封闭的流体体积。当用户完成关闭动作时，通过接合的螺纹帽120的动作和分配插入件122被压入盒主体101中，o形环密封活塞被迫使行进通过两个分配插入件孔301、302的整个距离，从而将截留的样品流体分配到两个扩增或测试储器103中的每一个中。

在该实施例中，盒主体101通常将存在大约1毫升至3毫升的样品和样品稀释流体111，并且分配动作将向每个扩增管103分配少量的这种流体，大约50微升至100微升。在不改变该实施例的形式的情况下，可以改变所用零件的比例，以改变样品稀释体积和分配到每个扩增管103中的体积。

图25示出了处于完全分配构造的盒的横截面视图。分配帽120比运输帽长，并且分配帽的下边缘具有对准或防旋转特征129，该特征锁定在盒主体101上的模制凸起部特征109上方。这防止了帽120被轻易地移除，并且确保了在添加测试样品并装配分配帽之后，测试样品被完全密封在盒内。这种锁定功能对于操作者的安全性和测试的可靠性具有显著的优势，并且在使用期间以及在随后移除、操纵和处置用过的盒组件时保护用户和测试系统免受污染。

图26示出了处于完全分配构造的盒的完整外部视图，其中分配帽120完全定位并锁定到盒主体101上。分配组件帽120具有在其形式上有助于旋转和操纵的特征，但是它也包括独特的模制特征129，其比帽120的任何其他特征更向外和/或更向下伸出。该仪器包含检测该特征129的位置或接近度的传感器。仪器控制器及其控制软件使用该传感器的输出来确认帽120完全关闭并旋转到完全关闭位置。图28示出了当分配帽处于完全关闭位置时，盒和仪器之间的关系。在完全关闭的构造中，帽120具有突起129，该突起129接近安装在电路板142上的电子传感器140并被该电子传感器140检测到。在所描述的实施例中，传感器140是包含红外发光二极管和匹配的光学传感器的逆反射型光学传感器。当特征129非常接近时，来自发光二极管的反射照明被附近的光学传感器140检测到。该信号被仪器控制器用来确认帽120是关闭的。在典型的仪器应用工作流程中，提示用户装配并关闭分配组件帽120，直到如上述检测到帽完全关闭特征129的时刻。诊断测试然后仅进行扩增、检测，并在该检测后产生测试结果。如果在延长时间之后没有检测到帽120，则这可以可选地被仪器认为是构成了故障或误用，并且错误消息显示在仪器的lcd显示器上或者被传送到一个或更多个数据接口。这种装置的优点在于，只有在确认盒在合理的时间内正确使用并且分配功能完全完成的情况下，测试才会继续进行以产生诊断结果。该确认提供了仪器的自测，并提高了对最终测试结果的可信度。

核酸扩增测试以外的测试

测试前容纳在盒内的测试试剂可以被配置用于其他类型的不需要利用核酸扩增的测试。例如，在一些实施例中，可以使用直接化学反应检测来检测样品内痕量元素或添加剂的存在。任选地，免疫分析检测方法可用于直接结合到样品材料内的特定蛋白质并提供对样品材料内的特定蛋白质的检测，该样品材料已被稀释并分配到一个或更多个试管中。

手动操作、视觉读取、非仪器化的盒操作

在一些应用中，可以在没有仪器的情况下手动使用盒，其中盒用一只手握住，用另一只手移除第一个帽，添加样品，装配第二个(分配)帽并旋拧关闭。在这种情况下，当试管在视觉上是透明的时，可以在视觉上观察到流体分配到试管中，并且观察到颜色或浊度随时间的变化，以提供诊断测试读数或显示。这种方法的优点是，一旦添加了样品，就使用完全密封的盒进行操作，并且在内部将测量体积的稀释的、制备的样品流体分配到试管中，而不使用外部流体转移步骤。

可选地，可以提供简单的支架来支撑盒，以便移除第一帽、添加样品、装配和关闭分配帽及其相关联的机构。

可选地，可以提供简单的加热器块来提供盒组件的样品和试管腔室的温度控制，但是手动抽出盒来观察在一个或更多个联接的试管中可见的测试结果。

仪器

如上所述，盒可以在诊断测试设备或“仪器”内操作，以进行诊断测试。诊断测试仪器30如图11至图13所示，并包括刚性外壳或壳体31和基部33，其可由模制塑料或金属片材料构成。在该壳体31内，安装有触敏lcd显示器32。通过选择呈现在仪器显示器32上的用户界面(未示出)上的触敏控件来操作仪器。然而，在其他实施例中，用户界面可以被实现为物理控件或按钮，以实现对应的功能。

仪器控制器

如图33所示，仪器30包含基于微处理器的控制器201，该控制器201被配置成执行诊断测试过程，该诊断测试过程控制仪器的电操作功能的排序和操作。在所描述的实施例中，微处理器控制器201通过存储在非易失性存储器204中的嵌入式操作系统203和嵌入式软件203来配置，微处理器控制器201与至少一个外部数据接口处理器206以及数据和控制接口207上的内部致动器、加热器、马达和传感器通信，这是本领域技术人员所熟知的。然而，对于本领域技术人员来说明显的是，由诊断测试设备或仪器104执行的诊断测试过程的一些或所有步骤可以替代地以其他形式实现，例如用于现场可编程门阵列(fpga)的配置数据，或者完全以硬件形式实现，例如，比如专用集成电路(asic)。

非易失性存储器204还存储测试结果和仪器校准，将其作为存储在一个或更多个数据文件或数据库中的数据，并且存储在非易失性存储器204中的信息和数据被保留，即使当没有向诊断测试仪器30供电时。

仪器30还包括在控制器201外部并与控制器201通信的附加部件，包括盖传感器222、盒传感器223和加热器块216，加热器块216的温度由加热器元件220和温度传感器218控制。所有这些部件通过通信和控制接口208经由共享总线207和操作系统202的i/o功能连接到控制器201。

下表列出了图33框图中每个部件的制造商、零件号和零件参考标记。

盖功能和盖检测

图11所示的仪器30包括弹簧加载的滑动罩或盖36。该罩36可以由用户推回，通常用一只手的拇指。在推回罩36时，仪器顶部中的端口暴露，这允许用户在测试开始时插入盒。推回罩36的动作激活内部电开关或传感器，使得运行在仪器控制器上的软件应用意识到测试正在开始，并向用户提供适当的提示和反馈。图1所示的针对单管实施例的盒和图18所示的针对双管实施例的盒，在盒主体上包含环形模制特征13。该特征由仪器盖36接合，使得当盖36抵靠已安装的盒合上时，盖36环绕该特征13的一部分并在该特征13的一部分上滑动。在盒上的该模制特征13的锥形表面以及盖36在其上滑动的动作用于将盒保持在仪器内，并且用一些向下的压力固定盒，使得盒被强制地定位，并且扩增管3、107、108保持与下部加热器块紧密热接触。

图11中所示的带有弹簧加载滑动罩36的这种装置允许盒被牢固地保持，盖36在弹簧压力下压靠在盒上，但是仍然允许用户自由接近盒帽和盒的帽螺纹部分，以移除帽和装配帽，这是添加样品和处理样品所需的。如果没有额外的有意动作，即推回弹簧加载罩36以释放盒且然后抽出盒，用户就不可以轻易地或无意地抽出盒。

在其他实施方式中，盖36可以被电致动，例如通过使用电动机驱动小齿轮抵靠盖36中的内部齿条，盖36在直线引导件内滑动。在电致动盖36的情况下，电致动盖36在仪器控制器201和软件的控制下在盒被插入或在测试完成时被移除的情况下响应于用户命令或测试序列的一些部分而打开和关闭。

盒检测

当仪器盖36打开时，盒可以插入仪器端口中。一旦插入，仪器控制器201就检测到盒。这允许仪器向用户提供开始测试和识别所需测试或盒类型的提示。图11所示的仪器30包括包含在盒端口内的开关或传感器，一旦盒被插入并处于适当位置，开关或传感器就提供对盒的检测。

在一种实施方式中，该传感器由穿过盒端口形成窄光束的led发光二极管和接收并检测光束的相关光电传感器而形成。插入的盒的存在中断了该光束，并允许仪器及其控制器和软件来检测盒的存在。其他合适的传感器包括以下这些传感器：依赖于检测来自盒表面的光学反射的传感器，或者使用由盒插入激活的开关的传感器，或者使用照相机和软件中的相关图像分析来确认盒是否存在的传感器。

盒识别

诊断测试系统可以被配置为处理不同的测试类型，其中这些不同的测试可以具有不同的试剂内容物、不同的预期靶标诊断测试结果并且需要不同的测试处理条件。不同的盒测试类型可以由用户通过在仪器用户界面上的输入来识别，或者可以由仪器通过检测盒组件上的机器可识别标记或标签来自动识别。这些识别标记可以包括诸如印刷到或蚀刻到盒表面上或施加在印刷标签(安装在盒主体或运输帽上)上的线性条形码或2d(例如，qr)码的特征。

通常，每个盒码识别盒类型以及对应的待应用在处理盒的过程中的诊断测试过程和分析。它通常还允许仪器读取特定盒的批次号和过期日期。该数据可用于应用特定批次的校准，并排除测试中使用过期的盒。该信息也作为元数据包括在诊断测试期间由控制器201生成的测试结果数据中。

该仪器可以包含条形码传感器和图像传感器，以允许嵌入式控制器201从安装在盒主体或帽上的条形码读取盒类型并识别其相关的测试方法。该码可以是线性条形码、2d码类型(如qr或数据矩阵)或一组适当的标记或符号。可选择地，集成的图像传感器或照相机可以通过使用仪器控制器201内的图像分析来解码盒或其帽上的条形码、2d码或识别标记的内容。可选择地，可以提示用户使用手动操作的商用条形码或2d码读取器(连接到仪器上的外部通信端口之一)来获取施加于盒主体或盒帽的码的数据内容。如果该码位于运输帽的顶部上，则在移除帽之前，在仪器端口内插入并检测到盒后，可以轻松读取该码。可选择地，可以提示用户在用户界面中输入盒id或将其键入文本域中，或者从用户界面上的下拉列表中选择测试类型或盒。

扩增前样品试剂加热

该仪器包含两个独立的温度控制区域，这两个独立的温度控制区环绕盒的样品流体储器部分和测试或扩增管3、107、108，并将独立的热量输入提供到盒的样品流体储器部分和测试或扩增管3、107、108。这些区域可以是加热空气腔室或加热器块，或者仪器可以使用另一种方法直接或间接加热或冷却盒的样品腔室区域中的流体和分离的试管3、107、108内的流体。

图14示出了单个扩增管盒的加热器区域的仪器构造。在该示例中，电加热铝块61、62用于将热量输入提供到所插入的盒1中。两个块61、62被单独地加热和控制，并且在仪器内充分隔热，使得它们可以在不同的温度下操作。上块61被电加热和控制，使得其温度处于仪器控制器201的控制下。反馈传感器安装在铝块上，仪表控制器201使用对铝块的温度控制来加热和预测赋予盒内流体的温度。在另一种实施方式中，温度传感器是非接触型的，例如红外温度发射传感器，并且它们用于直接测量内部盒流体的温度，因为盒的壁由在进行这种直接内部温度测量所需的波长下具有合适透射率的材料构成。

在典型的应用中，根据待处理样品的类型以及所需的细胞类型和细胞裂解，样品加热器在40摄氏度至95摄氏度操作。

在典型的等温扩增应用中，在固定温度下(例如65摄氏度)操作扩增加热器块62。在典型的pcr应用中，扩增加热器块在50摄氏度至95摄氏度的典型范围内的设定温度之间分步加热和冷却。图14中的扩增加热器块62包含端口孔洞63。该孔洞63允许对管内容物进行光学检测，以允许实时检测和端点检测，以及定性或定性测试结果的确定。

图13示出了仪器的内部结构，并且在该视图中示出了上部样品加热器块61的集成。样品加热器块61安装在其控制电路板50上，使得盒端口位于仪器的顶表面处。在该视图中，加热器块61被塑料隔热罩51包围，以防止一旦加热器块61处于适当的温度时热量从加热器块61过度损失。

仪器的双管实施方式具有相同的加热器区域的总体布置。环绕盒部分的温度控制块的这种布置在图31中示出为具有样品加热器块61和扩增加热器块62。在该实施方式中，扩增加热器块62在块62的每一侧具有两个端口孔洞63，用于内部扩增管107、108中的每一个。这些端口63允许每个传感器在测试期间移动到位并从每个扩增管获取光学测试测量值。图32示出了盒组件和两个加热器块61、62的横截面。

温度控制或温度循环

当盒被放入仪器端口时，安装在盒的基部处的扩增试管3或多个试管107、108进入对应的加热区。

这种加热是通过插入温控区中来实现的，包括通过直接接触或紧密靠近温控加热和冷却块62。

在可选择的实施方式中，通过包封试管的空腔内的再循环而将空气空腔保持在固定温度，该空气空腔用于控制试管中的温度。使用这些温度控制实施方式中的任一种，测试孔3、107、108对于等温dna扩增保持在固定温度，或者对于pcr型dna或rna扩增在不同温度之间循环。

样品腔室和试管混合

在某些诊断测试中，混合样品制备储器或测试/扩增储器的内容物对于测试正确运行或提高测试的可靠性或准确性是必要的。为了实现混合，在盒的初始制造期间，在盒的试剂装填期间，磁性插入件(例如小钢球或铁素体球)可以被包括在样品制备储器或测试/扩增储器3、107、108中。举例来说，这在图2中针对单个扩增盒示出。

在图2中，钢球14被包括在盒主体1的样品腔室部分中，钢球15包括在扩增试管3中。

在仪器内，永磁体被装配到致动器或移动的传感器托架，使得当托架行进穿过每个测试孔时，装配在高处的磁体提升颗粒14、15，并且在托架已经通过之后，颗粒随后在重力作用下落回到孔的基部。扩增管流体内的这种球移动引起流体混合作用。

在可选择的实施方式中，高磁体和低磁体被装配成在托架通过时将混合颗粒或球14、15拉到每个孔中的交替位置。混合球14、15在每个孔内的这种交替或往复移动也引起孔流体中的混合。这种装置还具有这样的优点，即其可以被配置为当每个传感器靠近孔时将所包括的颗粒或球14、15拉到优选位置，使得这些颗粒14、15不干扰对孔内容物的光学测量。

通过将永磁体或多个磁体移动到附近来施加外部磁场以引起磁性颗粒或钢球14、15的移动的类似方法可以应用于样品制备储器，以引起样品流体内的混合。样品制备储器内的混合可用于将引入的样品材料与样品制备流体混合，以稀释和制备用于扩增的样品材料。这种制备混合还可以改善细胞裂解以及样品内靶标dna或rna核酸材料的提取和制备。在物理移动永磁体的替代方案中，一个或更多个电磁体可以在仪器控制器的控制下由施加的电流激活。这些感应变化的电磁磁场可用于引起磁珠或钢球14、15在样品制备储器1或测试/扩增储器/管内的移动，以引起盒中这些区域中的任何一个中的流体混合。

流体填充检测、图像分析

包含在仪器内的一个或更多个图像传感器214可以捕获盒的数字图像和分配机构部件的进程以及盒内容纳的流体的状态和进程。这些数字图像由仪器控制器内的软件图像分析处理，以提供控制输出和状态输出。来自一个或更多个图像传感器214的数字输出可用于确认序列进程并确认测试试剂在盒内正确释放和流动，使得测试的完整性可以被控制器201确认，并用于提高测试结果的可靠性和安全性。控制器201可以使用图像传感器214来观察盒内的内部流体和机构零件，并通过使用仪器控制器进行的图像分析来计算控制解译。

图像传感器214可以确认分配机构的操作和位置，以确认盒的不完整的操作或正确且完整的操作，并在完成时提示用户或自动前进到设备过程的下一步骤以获取最终测试结果。

由图像传感器214获取的图像数据和随后的图像分析可以被控制器201用来确定每个试管3、107、108中分配的样品流体的液位，并使用该液位来确定样品流体分配已经正确完成。分配到盒内的一个或更多个试管3、107、108中的每一个中的流体的液位可用于将分配操作中的容差补偿到测试结果。通过使用管3、107、108的数学模型或通过使用查找表，控制器201可以将每个试管的流体液位转换成体积。一旦测试腔室流体内的测试试剂溶解到分配的流体中，分配的流体的体积会影响测试试剂的浓度。通过测量分配的样品流体的体积，可以计算每个试管3、107、108内的试剂浓度。从一系列先前进行的实验或从测试反应的模型中，测试试剂浓度对测试结果的影响和对用以解译结果的测试的时间系列的测量的解译可以是已知的，并且可以在设备内进行调整或补偿。

储存在盒中的液体样品制备试剂可以用染料着色。如果使用荧光检测最终的扩增测试，储存在盒样品腔室中的流体试剂(如样品裂解缓冲液)可以添加着色的非荧光染料。图像传感器214可以使用这种染料来对流入盒试管3、107、108的着色流体或对比流体进行视觉成像，以确认分配动作并确认分配体积。向流体中添加着色染料提高了所得图像的对比度，但不会对来自试管内容物的荧光激发和发射产生不利影响。作为该方法的替代使用，对分配到一个或更多个联接的试管3、107、108中的流体的图像的图像分析可用于测量管3、107、108内的体积，并且该测量可用于将扩增体积补偿到测试结果计算。这种补偿对于定量测试结果尤其重要，其中试管3、107、108中试剂的浓度会影响测量值和反应响应。

仪器传感器

图16示出了仪器内的光学传感器的装置。

示出了两个独立的光学传感器80和82。示意性地示出了一个传感器80的光学焦锥81，以及另一个传感器82的光学焦锥83。这在图17中以相同的项目编号更详细地示出。图17示出了光学传感器焦锥81和83可如何分别从扩增管3激发光学荧光信号和获取光学荧光信号。在这些图中，为了清楚起见，扩增加热器块62未示出；然而，在完全组装的仪器中，这些光学测量是通过环绕扩增管3的加热器块62一侧中的端口而获得的。

图16示出了安装在板52上的光学传感器，该板52可以在轨道和直线支承块71和72上直线地行进，其中这些轨道和支承块在该视图中以横截面示出。位置马达70为仪器控制器201提供了相对于管3精确定位传感器的能力，以获取表示管3内的dna或rna检测探针发射的测量值。

在单个扩增管盒的情况下，传感器可以与管3对齐定位，并且以固定的装置定位，使得无需支承件、直线轨道71和72以及位置马达70。然而，直线运动装置和位置马达的使用允许传感器也被移动到自测参考位置，并且在不使用时将传感器停放在远离管位置的位置，这在一些应用中可能具有优势。

内部参考区域。

仪器可以被配置成在检测传感器的视野内或者在这些传感器的扫描路径内具有一个或更多个光学参考区域。这些参考区域可以通过它们的材料或表面涂层特性来配置，以具有已知的适合作为传感器的预期检测模式的参考测试的光学反射率、吸收或荧光。这些区域可以包括具有已知稳定反射率、吸收或荧光的普通参考背景。例如，在荧光检测传感器的情况下，参考区域可以是具有无机或有机添加剂的局部化塑料部件，以将它们的荧光响应调整到传感器的合适测试范围内。

校准的自测确认

在仪器内包括参考区域或参考位置允许仪器确认其在自测功能中成像校准的操作和准确性。可选择地，仪器可以利用已知光输出或来自试管位置的响应提示用户插入测试盒，其中盒是被配置用于允许仪器进行自测或校准功能的参考盒。在潜在地出现不正确的读数或错误的测试结果的情况下，这种能力提高了使用该系统的可信度和用户安全性。

测试读数

当扩增在运行时，测试读数由光学传感器获取。这些传感器被配置成具有包含扩增试管的内容物的光学路径，该光学路径经过下扩增加热器块62中的孔洞、光学端口或窗口63以及试管上对应的光学透明部分。在需要对一个或更多个扩增管3、107、108以及参考自测区域进行检测的情况下，使用扫描方法将传感器移动通过这些多个检测点，并对每个感兴趣的用于诊断测试的点提供测量。这些测量可以使用光学吸收、荧光发射或生物发光发射来检测试管3、107、108中的特定生物或基因序列标记。

在图16中示出了单个扩增形式盒的测量装置，图29和图30中示出了多扩增管构造。在图30中，光学传感器61、62安装在托架53上。托架53安装在直线轨道71和72上，使得每个传感器可以移动经过每个所需的光学检测位置。

可移动托架53附接到丝杠，该丝杠穿过安装在中空轴位置马达内的螺母。在该示例中，位置马达70是受电子器件和控制器201控制的步进马达。对于本领域技术人员来说，用于提供对托架的位置控制以提供光学扫描的其他装置是明显的，包括直线马达、皮带传动或齿条和驱动小齿轮装置。

这种装置可以移动传感器61和62，使得传感器61和62相继与盒101中的每个试管对准。这种扫描移动可用于在每个测试孔位置处获取每个传感器的测量值。该扫描过程可以包括一系列的移动，由此每个传感器依次与每个测试孔对齐定位和停止。在每个位置，进行一组测试测量。在完成一组移动和测量时，托架被移回到其起始位置，并重复扫描过程。

一种可选择的传感器扫描装置是以恒定速度移动托架，使得托架及其携带的传感器以恒定速度移动穿过每个测试孔的感测窗口。然后，在这种恒定速度扫描移动期间，获取一系列连续的测量值。

该信号由许多测量值组成，并且一旦获取这些测量值，控制器201可以定位与每个测试孔107、108相对应的峰值。这些峰值或最大点对应于孔光学信号，并且是与如果传感器精确地停止在每个孔位置并且传感器与穿过加热器块62的光学窗口63和测试孔3、107、108对准时所获取的测量值相似的测量值。不需要在每个孔位置停下来获取测量值的移动采集方法的优点是托架不需要在每次测量时停下来，因此每个测试孔的总扫描时间和测量重复率可以大大提高。这允许每个测试孔的测量采样速率更高。

在许多应用中，测试结果由测试孔3、107、108中的反应的动力学决定，并且在这样的应用中，在测试运行时，需要以足够的采样速率获取一系列的测量值，以获得分析和随后确定测试结果所需的数据。图33示出了实时测量的典型扩增曲线，作为扩增过程中从来自扩增管3、107、108内的检测发射获取的一系列测量值。曲线的形式和幅度，包括其最终水平、其上升过程中的梯度以及开始出现曲线梯度后的时间，可用于由仪器确定测试结果。测试结果可以是定性的，例如如果检测到靶标核酸，则为阳性，如果没有检测到靶标核酸，则为阴性，或者可以是定量的，并表示为例如百万分之几的水平，或者例如表示为样品材料的dna内的dna的百分比。

可选择的测量方法

尽管上面的描述涉及测试孔的光学测量以确定测试结果，但是应当认识到，具有可选择的测量方法的传感器可以在相同的诊断测试设备/仪器中操作，并且与本文描述的诊断测试盒一起操作。这些传感器可以利用测试流体的磁、电、原子或物理特性来获取适于确定测试结果的测量值。

uv变性

诊断测试系统还可以包含安装在仪器组件内的紫外线(uv)照明源，并且该紫外线(uv)照明源在仪器控制器201的控制下操作，使得该紫外线(uv)照明源可以在需要时打开和关闭。该光源可以是合适的uv灯罩或uv发光二极管(led)，并且可以包括光学部件，例如透镜，以将uv聚焦到适于用uv光照射扩增管内容物的区域中。

这种照明可以是更大的固定照明源，以照射整个扩增管3、107、108和整个盒容积，或者可选择地，可以实现为扫描托架内的局部光源，以在扫描装置移动经过测试孔3、107、108时使测试孔的扩增内容物变性。在任何情况下，控制这种uv照明，使得在测试完成时，并且在提示用户移除盒之前，可以打开盒以使扩增管和盒的内容物变性和灭菌，特别是使任何基因核酸材料变性。

该紫外led还可以包括聚焦光学器件，以将uv光聚焦到每个测试孔3、107、108上(如果使用扫描，则在扫描期间)。托架可以以连续移动被扫描，或者它可以移动并在每个孔3、107、108处停止。通过任一种方法，高强度uv照明被依次应用于每个测试孔。uv照明水平和暴露持续时间由控制器配置，以确保每个孔的dna基因扩增子内容物完全变性，并且在测试孔内容物被释放并引入另一个测试中的情况下不会经历进一步的扩增。

测试孔内容物的这种变性也可以通过在高温例如100℃下操作测试孔加热器一段时间来实现或增强，该时间足以使测试孔3、107、108中的基因物质在测试孔溶液内被分散和变性。在仪器控制下使用加热器块62提高测试孔3、107、108的温度和施加uv照明的组合可用于提高每个测试孔3、107、108内基因核酸材料的分解和破坏的效率。

这种功能的优点是扩增管内含有的扩增子有逸出到仪器周围的环境中的风险。这些扩增子会污染未来测试的样品添加，并导致假阳性结果。然而，防止扩增子释放的主要保护是盒的密封设计，使得扩增子在测试完成时保持在扩增管3、107、108内。然而，在完成测试时通过使用加热或uv照明损坏扩增子或大大减少扩增子的数量，可以进一步降低在破坏盒密封件或从仪器中移除盒后损害用过的盒的情况下的这种风险。

可选的分配插入件流体功能

如图36所示，当分配插入件被插入盒主体1时，样品流体围绕分配插入件流动并流过端部开口的圆柱形分配孔。图37以等距视图示出了分配插入件。分配插入件22具有翅片，其具有经过圆柱形孔的外侧的流体路径，并且分配插入件22还只沿其长度的一部分向下开槽。因此，当密封柱塞没有完全压入分配插入件22的实心或“无槽”部分时，已经进入圆柱形孔的样品流体可以通过狭槽排出。图36示出了典型的流体流动路线。该描述同样适用于多个试管盒中的分配插入件的情况，例如图22所示的双试管插入件122。

过滤功能

图38示出了分配插入件22的可选择的实施例，其允许包括过滤器322，使得样品流体中的颗粒或包含物可以从进入分配腔室并且随后被分配到联接的测试储器或管中的样品流体移除。在该实施例中，分配插入件22具有进入由膜321封闭的圆柱形孔320的其下侧入口。在添加样品之后，当分配插入件22被压入盒组件时，所有移位的样品流体必须通过所提供的流体路径围绕封闭的圆柱形孔320的外侧流动。在这些流体路径内，包括一个或更多个过滤器部件322，如图38中的剖面线所示。这些过滤器322可以是纤维型材料，例如压缩玻璃纤维或多孔泡沫或多孔塑料材料。一个或更多个过滤器部件322可以是单个环形材料盘，或者是放置到每个可用流体路径中的多个较小零件。

过滤器部件322物理地捕获并容纳颗粒或材料，这些颗粒或材料否则会污染待分配到测试储器中的样品流体)。过滤器部件322还可以包含生物或化学成分，这些成分结合到或捕获样品流体的可能抑制或干扰测试或扩增过程的成分。当零件浸没在样品流体中时，已经通过过滤器部件322的流体将从顶部经过分散器狭槽填充中心圆柱形分配孔320。然后，在分配器孔320内可以获得这种过滤的样品流体，用于随后的密封和通过穿孔分配到所附接的试管中。

磁珠核酸浓度

图39示出了分配插入件22的可选择的构造，其允许在盒组件内实现磁珠浓缩功能。在该实施例中，分配插入件22不具有任何经过圆柱形孔320的外侧的流体路径，并且当分配插入件22被插入到盒中时，所有被移位的样品流体被致使流过圆柱形孔320。在该实施例中，样品制备流体含有磁性颗粒，或者这些颗粒可以作为测试过程步骤添加。颗粒的表面被涂覆或功能化，以与混合到样品流体内的溶液中或混合在样品流体内的溶液中的样品材料中感兴趣的至少一种靶标物质结合并捕获该至少一种靶标物质。例如，典型的应用是将核酸、dna或rna材料结合到磁性颗粒的功能化表面涂层上，因为这些颗粒混合在盒1的样品容积6中含有的样品流体内。磁性颗粒可以非常小，通常在0.5微米至10微米的范围内。这些磁性颗粒自由混合并保持悬浮在样品流体内，与靶标分子结合并将靶标分子捕获到其表面涂层上。

分配插入件或分配腔室被配置成具有与盒的内表面的滑动密封件，其中插入件322的实心部分阻止流体流过中心圆筒的外侧，使得样品腔室中的所有流体被迫流过中心圆柱形孔320。图39中的流动路线示出了典型的流体路径。在该实施例中，分配插入部件包含一个或更多个永磁体331，该永磁体331被捕获在部件的模制塑料内，并且位于圆柱形孔320的内表面附近。典型的装置是使用环绕孔320内部的环形磁体331，其中该磁体331在插入件22被注射模制时被引入到模制过程中，并且被捕获在零件22的塑料结构内。当样品流体流过分配圆筒时，在内部磁体231附近，磁性颗粒被磁场拉靠在分配圆筒的侧壁上，并与任何捕获的dna或rna材料一起保持在圆柱形分配管320内。

一旦分配部件被压入样品腔室的基部处的密封件中，并且活塞部件与腔室的顶部接合并密封腔室的顶部，则穿孔部件就穿透样品腔室1的基部处的薄材料。在分配过程期间，抵靠圆筒的内壁磁性地保持的磁珠通过o形环密封柱塞沿孔320被向下擦拭，并因此混合回到分配圆筒内截留的样品流体中，并且所有这些流体和磁珠通过活塞进入扩增管中的渐进行程被分配到联接的试管中。这将样品流体内的dna或rna材料浓缩，并将其输送到扩增管107、108中。这具有将从样品中提取的dna或rna核酸材料浓缩和纯化的优点，导致更灵敏和更可靠的诊断测试。试管3、107、108内的试剂一旦被添加的样品流体洗提，就可以与选择性结合到磁性颗粒的分子反应。试管试剂可以含有盐、或适合于从试管3、107、108内的磁性颗粒表面释放捕获的材料的化学物质或酸碱度，以帮助这些成分的反应和检测。

测试结束

一旦测试完成并且可选的加热或紫外线后处理完成，则仪器控制器201可以在前面板液晶显示器用户界面上提示用户测试完成并且可以从仪器中移除盒。

仪器控制器201可以使用来自盒检测传感器223和盖关闭位置传感器222的反馈来检测盒的移除。一旦检测到盒被移除，则仪器控制器201可以完成自测并设置控制序列以开始新测试，并提示用户仪器准备好和插入盒以运行测试。

本文描述的实施例仅通过非限制性示例的方式提供，并且所描述的实施例的许多修改对于本领域普通技术人员来说是明显的，而不脱离本发明的范围。

在本说明书中，对任何在先公开(或者从其中衍生出的信息)或者对任何已知内容的引用，不是且不应当被认为是对在先公开(或者从其中衍生出的信息)或者已知内容形成了本说明书涉及的努力的领域中的公知常识的一部分的认可或承认或任何形式的暗示。