專利名稱：用于熱循環(huán)的反應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于進行熱循環(huán)反應(yīng)的方法和設(shè)備，例如在增效反應(yīng)，特別是在聚合酶連鎖反應(yīng)(PCR)期間那些必需的方法和設(shè)備。
樣品經(jīng)過的PCR技術(shù)所必需的熱循環(huán)包括一系列離散及有序的加熱和冷卻步驟，其速度和效率受限于樣品容器的熱性質(zhì)。具有改善的熱傳導(dǎo)性的新形式的容器已幫助解決了此問題，但在當(dāng)容器和樣品被加熱或冷卻到適當(dāng)?shù)臏囟鹊拿總€循環(huán)期間，仍不可避免地存在時間滯后。
為了提高該技術(shù)的總體效率，一次“批量處理”大量樣品已成為慣例，并且反應(yīng)單元的許多形式是可利用的，在其內(nèi)可裝有一組樣品，以使樣品在一起經(jīng)過每個處理步驟。
已知為“Robo-Cycler”(商標(biāo))的一種可供選擇的設(shè)備在一布置成近似圓形的四個不同處理工位之間傳送樣品組。每個處理工位保持不同的溫度，以實現(xiàn)樣品的熱循環(huán)。在此情況下，處理步驟的數(shù)量是受限的。
申請人已設(shè)計出多個方法和設(shè)備，其實施例可改善這種處理的速度、效率及通用性，并且其有助于處理的自動控制。
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了用于進行熱循環(huán)反應(yīng)的設(shè)備，其包括一連串順序布置的溫度控制工位和用于傳送一系列樣品經(jīng)過所述溫度控制工位的傳送裝置，每個所述工位包括用于向經(jīng)過該工位的容納樣品的容器供應(yīng)電流或用于在經(jīng)過該工位的容納樣品的容器中感應(yīng)產(chǎn)生電流以促進該樣品中的溫度變化的裝置。
電流的使用引起樣品內(nèi)溫度改變，其可通過將一由導(dǎo)電材料形成的元件結(jié)合入容納樣品的容器而實現(xiàn)，當(dāng)電流通過時該導(dǎo)電材料發(fā)熱。這樣，通過位于設(shè)備的溫度控制工位處的一連串較簡單的電源，使得樣品溫度易于控制，理想地分隔開序列中鄰近的樣品。該電源通常沒有常規(guī)的加熱裝置如加熱塊那樣笨重，并且大量的電源可更容易地按所需的順序布置，以使一系列的樣品通過。每個樣品有效地攜帶其自身的加熱裝置；溫度控制工位僅需要設(shè)置適當(dāng)?shù)碾娫春拖嚓P(guān)的控制裝置。在每個溫度控制工位處供應(yīng)適當(dāng)?shù)碾娏?，以實現(xiàn)所需的溫度變化，接著樣品可行進至另一工位，在該溫度控制工位處供應(yīng)不同的電流，同時在序列中鄰近的樣品分別進行類似順序的熱改變。
由此，通過在成序列的溫度控制工位之間移動樣品，通?？梢饦悠穬?nèi)的溫度變化。這意味著本發(fā)明的設(shè)備特別適合于順序的、連續(xù)有效的、任何所需數(shù)量的樣品處理。本發(fā)明的設(shè)備也適合于自動控制，其是實現(xiàn)傳送裝置上的熱循環(huán)和溫度控制工位處的電流源所必需的主要控制裝置。
在本發(fā)明的情況中，相對于完全分批的方法，“連續(xù)的”方法表示在其整個工作時間是連續(xù)的。實際上該設(shè)備可用來處理持續(xù)連續(xù)的較大數(shù)量的樣品(換句話說，“半批量”處理)。
由此，代替(如現(xiàn)有技術(shù))一批樣品(a)在第一個工位被加熱或冷卻，然后一起被傳送到第二個工位用于另一加熱或冷卻步驟，或(b)在單個的位置作為固定的批量進行熱循環(huán)，可連續(xù)地移動所有的樣品以通過每個上述的工位，其適合以樣品“鏈”的形式依次地順序進行。理想地是，每個樣品相對于序列中其鄰近的樣品在不同的時間到達特定的溫度控制工位。因此，每個樣品可獨立于其鄰近的樣品被處理(例如，其可在任何給定的時間達到不同于其鄰近的樣品的溫度)。
使用該設(shè)備處理的連續(xù)的樣品優(yōu)選為布置成直線的或大致直線，或至少非圓形地布置。傳送裝置被布置成，也優(yōu)選為以直線形式連續(xù)地傳送樣品經(jīng)過溫度控制工位，并且該裝置優(yōu)選為自動化操作或至少部分自動化操作。
設(shè)備的溫度控制工位也優(yōu)選為呈直線連續(xù)布置，盡管其不必呈筆直的線。設(shè)備的溫度控制工位數(shù)量優(yōu)選為大于4個，更優(yōu)選為大于6個，最優(yōu)為大于10或16或20或50或100。設(shè)備一般可包括超過100，150或200個溫度控制工位。
在溫度控制工位，可使用常規(guī)的裝置來產(chǎn)生必要的電效應(yīng)。通過諸如適當(dāng)安置的電觸點可供應(yīng)電流，當(dāng)容器通過溫度控制工位時，該電觸點可接觸樣品容器的互補部分。這些觸點可結(jié)合在傳送裝置(例如一系列滾輪)內(nèi)，通過該傳送裝置樣品受驅(qū)動經(jīng)過溫度控制工位?；蛘?，在溫度控制工位可使用磁場，以在樣品容器內(nèi)感應(yīng)出電流。
每個這種溫度控制工位可保持供應(yīng)或在所有的經(jīng)過該控制工位的樣品容器中感應(yīng)產(chǎn)生恒定的電流。這簡化了操作，同時允許每個獨立的樣品行進在控制工位之間時仍可進行熱循環(huán)。
設(shè)備可附加地包括控制裝置，優(yōu)選為可自動控制的，通過該控制裝置，在溫度控制工位供應(yīng)電流和/或樣品的溫度可以被監(jiān)控和/或控制。常規(guī)的裝置可用來完成上述任務(wù)。
設(shè)備可包括附加的處理工位，其具有的裝置適合于如樣品或試劑的裝載或樣品的監(jiān)控的處理步驟。在某些上述處理工位，可使用諸如加熱板、烘箱、液槽、熱空氣風(fēng)機、風(fēng)扇等常規(guī)的裝置，以提供用于樣品通過的附加的加熱和/或冷卻步驟，盡管這通常并不是必需的。
一個或多個的附加的處理工位用于監(jiān)控經(jīng)過該處理工位的樣品的成分和/或樣品中發(fā)生的反應(yīng)過程，通過諸如監(jiān)控樣品中對象增效生成物的種類和/或級別。樣品中的試劑可貼上標(biāo)簽，例如用彩色的或熒光的標(biāo)簽，在監(jiān)控工位通過采用適當(dāng)?shù)姆派淇蓹z測到其存在。在這種情況下，每個樣品可被裝于容器中，至少該容器的一部分是透明的或半透明的，以允許任何施加的放射到達樣品，并且其狀態(tài)被適當(dāng)?shù)乇O(jiān)控。在本文中，“透明的”和“半透明的”表示有關(guān)的任何可檢測到的信號，通過該信號可監(jiān)控樣品的特性，該信號包括例如可見光或紫外線光、熒光和放射能。
在監(jiān)控工位可使用常規(guī)的檢測設(shè)備，以識別由樣品發(fā)出的可檢測到的信號。該檢測設(shè)備例如包括用于通過樣品來檢測輻射的吸收或發(fā)射(如可見光或紫外光、熒光、放射能)的裝置，和/或包括用于激勵該發(fā)射的裝置，如曝光表或照度計。在整個反應(yīng)期間，反應(yīng)監(jiān)控可以是有效的、精確的和連續(xù)的，并且可獨立地監(jiān)控經(jīng)過監(jiān)控工位的樣品。
在附加的處理工位可實現(xiàn)其它功能。例如，在裝載工位樣品容器可裝入所需的試劑，并在下游工位被密封。還可以有用于諸如清洗位置或工位的樣品準(zhǔn)備和/或處理工位，在該工位更多樣品或試劑被引入樣品容器。
設(shè)備的傳送裝置可包括諸如滾輪、導(dǎo)軌和傳送帶等常規(guī)的裝置，其確切的形式取決于樣品的數(shù)量和種類，及樣品布置和支托的方式。樣品適合裝于如WO-98/24548所描述的容器內(nèi)，該容器包括當(dāng)電流通過時發(fā)熱的導(dǎo)電材料(特殊的聚合物)。當(dāng)容器通過工位時，電流隨后可供應(yīng)給容器或在容器中感應(yīng)產(chǎn)生，以引起所需的溫度變化。
然而，當(dāng)使用本發(fā)明的設(shè)備時，樣品優(yōu)選為設(shè)置在(優(yōu)選為細長的)樣品支托件上或樣品支托件內(nèi)，其包括一系列分離的依次順序排列的樣品容器，并適合于連續(xù)傳送通過一連串處理工位，該支托件包括當(dāng)電流通過時發(fā)熱的導(dǎo)電材料。
樣品容器優(yōu)選為彼此分開且可單獨密封和/或單獨隔離的。其可以直線的形式、或大致呈線性布置、或至少呈非圓形布置地設(shè)置在支托件上或支托件內(nèi)。因此，該支托件可優(yōu)選為用于使得每個樣品容器相對于序列中其鄰近的容器在不同的時間到達給定的處理(包括溫度控制)工位，并且每個容器可在任何給定的時間占有不同的工位，和/或保持與其鄰近的容器不同的溫度。該支托件在支托樣品容器的區(qū)域上應(yīng)該是連續(xù)的。
本發(fā)明的第二個方面提供了上述樣品支托件，其用于與第一方面所述的設(shè)備一起使用。
支托件的導(dǎo)電材料可以是諸如鋁或銅的金屬，但其優(yōu)選為塑料材料。在此方式中使用的導(dǎo)電聚合物在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)是已知的，并且可從諸如美國的Caliente Systems Inc.of Newark，公司獲得。在諸如美國專利5,106,540和5,106,538中公開了該聚合物的其它實例。適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電聚合物可提供高于300℃的溫度，這是在PCR過程中使用的理想溫度。
導(dǎo)電塑料材料可特別為含有導(dǎo)電材料的聚合物。該導(dǎo)體載荷材料可從諸如法國的RTP公司獲得。聚合物通常為諸如聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯或尼龍聚合物的熱固性聚合物樹脂，諸如碳(通常為纖維的形式)或金屬(如銅)的導(dǎo)電材料成分可嵌入地含于其內(nèi)。此成分可由約1和50％(重量/重量百分比)之間或更高之間的導(dǎo)電塑料材料組成。
該聚合物的優(yōu)點是其具有快速加熱的能力。加熱率取決于聚合物的精確性、聚合物的尺寸及施加的電流的量。聚合物優(yōu)選為具有例如超過1000ohm.cm的高電阻系數(shù)。通過控制經(jīng)過聚合物的電流的量，可容易地控制其溫度，使得其在一段所需的時間保持所需的溫度。不同溫度之間的轉(zhuǎn)換率可同樣地被控制。而且，聚合物的低熱質(zhì)量也可保證較快速的冷卻。
WO-98/24548中描述了在樣品容器的構(gòu)造中使用該聚合物，其用于諸如PCR過程。該聚合物可被注塑模制，并因此可直接用于形成樣品容器及其部件。由此，在本發(fā)明的樣品支托件中，優(yōu)選為塑料的導(dǎo)電材料可形成每個樣品容器的一部分或與每個樣品容器整體地形成。樣品容器或支托件適于由諸如聚丙烯的另一種聚合物制成，其用導(dǎo)電聚合物模制，以使得容器或支托件在所需的位置結(jié)合導(dǎo)電聚合物制成的單獨元件。例如，每個樣品容器可理想地結(jié)合一個或多個導(dǎo)電元件，該元件與其鄰近容器的元件分離，以允許對每個容器的單獨的溫度控制。
或者，結(jié)合樣品容器的支托件可由導(dǎo)電材料形成(例如由注塑模制或擠壓形成)，或包括一層導(dǎo)電材料。在這種情況下，支托件優(yōu)選為包括對應(yīng)于獨立樣品容器的位置的電絕緣區(qū)域，以允許用于每個容器的獨立的溫度控制。例如通過在支托件中設(shè)置適當(dāng)定位的電絕緣元件(其可包括孔)，可實現(xiàn)上述方案?；蛘?，通過為每個樣品容器提供單獨的成對電極可給每個上述容器供應(yīng)局部電流。
做為進一步的替代方案(同樣如WO-98/24548所述)，每個樣品容器的內(nèi)表面通過諸如層壓和/或沉淀技術(shù)涂以導(dǎo)電材料。以薄片材料或薄膜的形式適當(dāng)?shù)卦O(shè)置導(dǎo)電塑料材料，該薄片材料或薄膜的厚度為諸如0.01到10mm，優(yōu)選為0.1到0.3mm。金屬導(dǎo)體以金屬箔或相似厚度的電解沉積涂層的形式設(shè)置。
另一可替代的選擇是，在接近每個樣品容器處，最好是接觸每個樣品容器處，設(shè)置導(dǎo)電元件。適當(dāng)?shù)呐渲冒▏@樣品容器的導(dǎo)電材料護套。同樣，該材料優(yōu)選為導(dǎo)電聚合物。
當(dāng)電流通過前述類型的導(dǎo)電塑料材料時，該材料可發(fā)熱，并因此用來引起其所接觸樣品中的局部的溫度變化。
本發(fā)明的導(dǎo)電材料的使用，特別是塑料材料的使用，允許順序和連續(xù)有效地處理大量的容納樣品的容器，由于每個容器可分別供以電流，使得可獨立地控制其所裝樣品的溫度。同時，該溫度控制裝置與容器自身的構(gòu)造相結(jié)合，使得較簡單及緊湊的樣品支托件和處理設(shè)備得以實現(xiàn)。
所有方式的常規(guī)反應(yīng)容器可適當(dāng)?shù)剡B接在一起，或以連續(xù)的形式制造，以設(shè)置用于本發(fā)明設(shè)備的樣品支托件。呈反應(yīng)凹部形式的樣品容器由諸如通過壓制或模制形成的柔性條構(gòu)成。
由此，本發(fā)明的樣品支托件可包括一條適合的柔性(優(yōu)選為塑料)材料，連續(xù)的樣品容器安裝在其上或形成于其內(nèi)。該柔性條自身由前述的導(dǎo)電材料構(gòu)成，或與前述的導(dǎo)電材料(例如作為壓層)相結(jié)合。
樣品支托件更優(yōu)選為包括一系列反應(yīng)“單元”，每個“單元”設(shè)置了一個或多個的樣品容器，并且其優(yōu)選為做為鏈連接在一起，以順序地傳送通過處理工位。在如WO-98/09728中和Findlay等人所著的發(fā)表于Clinical Chemistry，39，no.9，1993，pp1927-1933的“AutomatedClosed-Vessel System for in Vitro Diagnostic Based on PolymeraseChain Reaction(用于玻璃器內(nèi)基于聚合酶連鎖反應(yīng)的診斷的自動閉合容器系統(tǒng))”中描述了該反應(yīng)單元的示例，但該示例示出的是非連接的形式。
由于用于加熱每一鏈接的反應(yīng)容器或單元(導(dǎo)電材料)的裝置允許對樣品個體進行更多選擇性及局部的加熱，即使樣品個體在序列中相互接近，因此利用該反應(yīng)容器或單元成為可能。連接一系列樣品容器或反應(yīng)單元的能力也可極大地增加處理效率，減小尺寸和處理設(shè)備的復(fù)雜性，并促進自動控制。
每個反應(yīng)單元具有諸如與信用卡近似的大小和形狀。該單元可安裝在樣品支托件上，或可便利地以連接單元鏈的形式制造，該鏈最好有足夠的柔性以做為卷筒或折疊的疊置件被存放?，F(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)系統(tǒng)可批量處理該單元(如前面的Findlay et al所述)，或在保持每個單元固定在單獨處理工位的同時使每個單元熱循環(huán)；如生產(chǎn)的那樣，本發(fā)明可使反應(yīng)單元被連續(xù)處理。
本發(fā)明的樣品支托件優(yōu)選為包括多于三個或多于五個的順序布置的樣品容器，更優(yōu)選為包括十個或更多的樣品容器，最好是包括至少二十或五十或一百或更多的樣品容器。容器可按組布置，例如成對地布置或按較大的組布置，使得諸如兩個接近的容器同時到達處理工位，另兩個特別是緊隨其后，以及另兩個跟在它們后面等等。容器適合為呈毛細管的形式。
至少每個容器的一部分優(yōu)選為透明或半透明的，以幫助監(jiān)視其內(nèi)裝有的樣品。
樣品支托件優(yōu)選為包括電觸點(例如在支托件的邊緣，和/或設(shè)置于每個樣品容器或反應(yīng)單元中)，以促使當(dāng)支托件通過適當(dāng)?shù)奶幚砉の粫r施加電流到導(dǎo)電材料?；蛘撸ㄟ^諸如在使用中使導(dǎo)電材料暴露于適當(dāng)?shù)碾妶龌虼艌?，在?dǎo)電材料中產(chǎn)生感應(yīng)電流。理想的是，設(shè)置支托件和樣品容器以使每個容器，或至少一組容器，被單獨地施加電流，使得其溫度可獨立于支托件上的其它容器被控制。
利用諸如保存相關(guān)信息的微芯片，可標(biāo)記樣品支托件的容器和/或包含容器的反應(yīng)單元，以在處理期間加以識別。按常規(guī)的方式，容器可預(yù)裝載一種或多種試劑，特別是凍干的、凍結(jié)的或穩(wěn)定的試劑?；蛘?，在設(shè)置在本發(fā)明的設(shè)備中的串聯(lián)吸管位置，試劑被分配到容器內(nèi)。
樣品支托件和/或其包括的每個樣品容器或反應(yīng)單元，優(yōu)選設(shè)計為用后即可丟棄的。
如共同未決的英國專利申請9922971.8中所描述(雖然不是以連續(xù)的形式)，該支托件包括導(dǎo)電層和表面層，一個或多個試劑凹部限定于兩層之間。該樣品容器被充以適當(dāng)?shù)脑噭?，并且在承受熱循環(huán)前被密封。
使用依據(jù)本發(fā)明第一個方面的設(shè)備，在溫度控制工位和可選擇的監(jiān)控工位上游的處理工位，填充和/或密封依據(jù)本發(fā)明第二個方面的支托件上的樣品容器。如該設(shè)備的使用的其它方面，上述步驟是部分或完全自動化的。
由此，本發(fā)明的設(shè)備包括在溫度控制工位的上游，優(yōu)選為設(shè)置在樣品支托件上或支托件內(nèi)的用于將試劑裝入連續(xù)的樣品容器的裝置，和/或用于密封已裝載的樣品容器的裝置。本發(fā)明的設(shè)備還優(yōu)選為包括用于制造如上所述類型的樣品支托件的裝置和用于傳送所制造的樣品支托件到下游處理工位的裝置。
本發(fā)明的第三個方面提供了一種用于實現(xiàn)熱循環(huán)反應(yīng)的方法，其包含使用依據(jù)本發(fā)明第一個方面的設(shè)備和/或依據(jù)本發(fā)明第二個方面的樣品支托件，以傳送一系列樣品通過一連串順序布置的溫度控制工位，在每個溫度控制工位電流供應(yīng)到或感應(yīng)產(chǎn)生于經(jīng)過該控制工位的樣品容器，以促使樣品中的溫度改變。
在該方法中，樣品優(yōu)選為連續(xù)地經(jīng)過溫度控制工位傳送。熱循環(huán)反應(yīng)適宜為增效反應(yīng)的一部分，特別是PCR反應(yīng)的一部分。
該方法優(yōu)選為至少部分自動化，例如在計算機的控制下。使用該方法可進行高生產(chǎn)量的試驗，這是用于診斷方法的特殊要求，該診斷方法為例如在諸如空氣、體液、食物等中的病菌或其它污染物(包括基因污染)的DNA增效。
在環(huán)境狀態(tài)的在線監(jiān)控中，該方法是特別有用的，環(huán)境狀態(tài)是指諸如在貯藏空氣、反應(yīng)混合物、水源或食物源、加工的產(chǎn)品或副產(chǎn)品、廢物排放口或甚至在體內(nèi)的體液中的狀態(tài)。
可從所關(guān)注的環(huán)境中連續(xù)提取樣品，并且使用本發(fā)明的方法使樣品連續(xù)地經(jīng)受包括熱循環(huán)的診斷過程。當(dāng)樣品經(jīng)過監(jiān)控工位時，可獲得取決于時間的其成分的分布圖。
與本發(fā)明的設(shè)備有關(guān)的如上描述中，在一個或多個附加的處理工位，樣品可相應(yīng)地被獲得和/或裝入容器和/或被監(jiān)控。
依據(jù)第四個方面，本發(fā)明提供一種用于制造依據(jù)本發(fā)明第二方面的樣品支托件的方法，該方法包括在柔性條中構(gòu)成(例如通過擠壓)一系列反應(yīng)凹部，該柔性條包括當(dāng)電流通過時發(fā)熱的導(dǎo)電(優(yōu)選為塑料)材料。該方法包括設(shè)置一個或多個具有一個或多個適當(dāng)安置的電觸點的反應(yīng)凹部。其還包括預(yù)裝載一個或多個帶有所需的一種或多種試劑的反應(yīng)凹部。
此外，柔性條可由導(dǎo)電材料制成，或結(jié)合一層該材料。
本發(fā)明第四方面的方法可與第三方面的方法相結(jié)合。
本發(fā)明的第五和第六方面提供了(a)結(jié)合本發(fā)明第二方面的樣品支托件的第一方面的設(shè)備，和(b)以本發(fā)明第三方面的方法使用本發(fā)明第二方面的樣品支托件。
下面將結(jié)合所附示例圖對本發(fā)明進行詳細說明，附圖有

圖1示出了依照本發(fā)明的方法和設(shè)備；圖2和圖3示出了依照本發(fā)明的替代的方法和設(shè)備；圖4和圖5為使用于圖1、2或3中的方法和設(shè)備的樣品支托件的垂直縱剖面圖；圖6為圖5的樣品支托件的水平剖面圖；圖7為經(jīng)過本發(fā)明的設(shè)備的樣品支托件的平面圖；圖8為圖7裝置的垂直剖面圖；和圖9和圖10分別為經(jīng)過本發(fā)明的替代設(shè)備的樣品支托件的平面圖和垂直剖面圖。
所有的圖均為示意圖。
首先參考圖1，所示的方法包括在連續(xù)的支托件上按箭頭所示方向傳送一系列樣品通過一連串順序排列的處理工位1-7。在此情況下，工位3-6為溫度控制工位，在這些處理工位處，樣品在所需溫度之間進行熱循環(huán)。附加的處理工位用于(1)將樣品裝入樣品容器，(2)密封容器的開口端，和(7)通過照射樣品并檢測由適當(dāng)標(biāo)記的試劑所發(fā)出的光來監(jiān)控樣品中的反應(yīng)過程和/或樣品成分(例如在化驗中用于檢測樣品中的目標(biāo)材料)。[或者，在工位3、4、5和/或6中的任何工位處可完成一種或多種加熱與冷卻的完整熱循環(huán)]。在七個工位處使用優(yōu)選為自動控制的常規(guī)設(shè)備，以實現(xiàn)必要的處理步驟。
本發(fā)明的設(shè)備通常包括比圖1中示意所示的七個處理工位更多的工位。例如，本發(fā)明的設(shè)備可包括150個或更多的溫度處理工位，以進行三個或更多步驟的典型的PCR反應(yīng)。
圖1的系統(tǒng)中，樣品容納于普通形式的用后即可丟棄的反應(yīng)單元內(nèi)，其在諸如專利WO-98/09728，或Findlay等人所著(上述)文章，或共同未決的英國專利申請9922971.8(見圖4)中披露了。每個單元設(shè)置一系列反應(yīng)“凹部”，其在工位1被裝入所需的試劑并在工位2被封閉。上述單元的連續(xù)鏈8被柔性塑料“橋”連接在一起，其存放于滾輪9上，并由該位置經(jīng)處理工位1-7被輸送。使用常規(guī)驅(qū)動裝置(未示出)來移動鏈8，使其自動地通過設(shè)備。
除了反應(yīng)單元的鏈8做為折疊的疊置件10存放之外，圖2的系統(tǒng)與圖1的相同。
在圖3的替代系統(tǒng)中，反應(yīng)單元的鏈11在處理工位1-7上游的附加工位12制造，并由此經(jīng)設(shè)備直接輸送，以使所需的熱循環(huán)反應(yīng)發(fā)生。
圖4和圖5示出了圖1、2和3的系統(tǒng)中使用的樣品支托件。圖4的樣品支托件為細長的柔性條20的形式，在其上利用常規(guī)模具和管成型模沖壓出一系列通常是管狀的樣品凹部21。該柔性條由如上所述類型的導(dǎo)電聚合物制成，其當(dāng)電流通過時發(fā)熱。每個樣品凹部設(shè)置有電觸點22，以使在處理中的適當(dāng)階段供給電流。該樣品凹部可預(yù)裝有諸如干燥的或冷凍的如23所示的試劑。
依照本發(fā)明的方法包括如下步驟在聚合物條的毛坯件中沖壓出樣品凹部21；引入電觸點22；將所需試劑裝入樣品凹部；密封載料后的樣品凹部(例如通過熔接，或用粘合劑或塞子)；和傳送由此形成的樣品序列通過一連串的溫度控制工位及可選的諸如監(jiān)控工位的附加處理工位。由此整個處理過程可連續(xù)進行，并且使得過程本身完全自動控制。
圖5和圖6的樣品支托件包括一連串近似于信用卡大小的反應(yīng)“單元”30，其設(shè)置于通常標(biāo)記為31的柔性條內(nèi)。該柔性條包括鋁箔薄片墊層32、通過粘合劑層34與該墊層粘附的聚碳酸酯間隔層33、和通過粘合劑36與該間隔層粘附的透光的聚碳酸酯表面層35。在每個單元內(nèi)，間隔層33設(shè)置有一系列限定樣品凹部的孔37(在這里為6個)。該孔37與通道38和入口39相連通(見圖6；為了顯示清楚其在圖5中省略)，試劑可通過該孔被引入樣品凹部。入口在進行所裝樣品的熱循環(huán)反應(yīng)前被封閉。裝載和密封可通過諸如專利WO-98/09728、Findlay等人所著的(上述)文章、或共同未決的英國專利申請9922971.8中所述的方法實現(xiàn)。
導(dǎo)熱鋁箔層32的存在減少了將單元中樣品加熱或冷卻到所需溫度的時間。電極40設(shè)置在靠近每個“單元”的條31上(見圖6)。
在每個單元內(nèi)可以任何適當(dāng)?shù)姆绞皆O(shè)置任何數(shù)量的樣品凹部。該樣品凹部可預(yù)裝有所需的試劑。
條31設(shè)置有規(guī)則間隔的一系列可嚙合的驅(qū)動裝置，在這里為鏈輪輸送孔41(圖6)，借助于該輸送孔可驅(qū)動該柔性條通過一系列處理工位。該條沿相鄰兩單元間的線42刻痕，以增加其柔性。
依照本發(fā)明的替代的樣品支托件包括一柔性墊條，其相當(dāng)于諸如圖5和6的金屬箔墊層32，一連串的結(jié)合表面層35和間隔層33的反應(yīng)單元安裝在其上。該柔性墊條可由任何導(dǎo)電材料制成，特別是由導(dǎo)電聚合物制成。
進一步可替代的是，可省略導(dǎo)電層，而代之以與每個樣品凹部分別相結(jié)合的導(dǎo)電元件。其可采取導(dǎo)電聚合物的適當(dāng)放置的區(qū)域的形式。
圖7示出了傳送一連串單獨的PCR反應(yīng)容器(管43)通過一系列的本發(fā)明的處理工位44的過程，該反應(yīng)容器可以任何適當(dāng)?shù)姆绞竭B接在一起。在每個工位處布置一對可移動的激勵器45，以當(dāng)該管經(jīng)過工位時對該管中存在的導(dǎo)電元件施加磁場，并由此在該導(dǎo)電元件中感應(yīng)產(chǎn)生電流。
每個管43(見圖8)為兩部分的注塑模制件，其主要由聚丙烯制成，但也結(jié)合導(dǎo)電聚合物制成的成形的外部層46。當(dāng)電流由激勵器45在其中感應(yīng)產(chǎn)生時，該外部層發(fā)熱，由此將熱量提供給管的容納物。
管43還具有塞子47，在樣品裝入后用其將管的開口端封閉。
在圖9和圖10中示出的替代系統(tǒng)中，通過成對的“壓緊滾輪”49傳送一連串的PCR管48經(jīng)過本發(fā)明的設(shè)備。該滾輪由諸如鋼的導(dǎo)電材料制成，并如此安裝，即，使得在使用中當(dāng)該管經(jīng)過時其與每個管的導(dǎo)電聚合物外部層50(見圖10)形成電接觸。該接觸可借助于適當(dāng)定位的電刷或類似裝置實現(xiàn)，其未在圖中示出。
權(quán)利要求
1.一種用于進行熱循環(huán)反應(yīng)的設(shè)備，其包括一連串順序布置的溫度控制工位和用于傳送一系列樣品經(jīng)過所述溫度控制工位的傳送裝置，每個所述工位包括用于向經(jīng)過該工位的容納樣品的容器供應(yīng)電流或用于在經(jīng)過該工位的容納樣品的容器中感應(yīng)產(chǎn)生電流以促進該樣品中的溫度變化的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳送裝置至少部分地自動控制。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述處理工位以直線方式布置。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，其包括大于四個的順序布置的溫度控制工位。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，每個溫度控制工位向經(jīng)過該工位的所有樣品容器供應(yīng)水平恒定的電流或在該樣品容器中感應(yīng)產(chǎn)生水平恒定的電流。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，在每個溫度控制工位，電流通過結(jié)合于該傳送裝置內(nèi)的電觸點供應(yīng)給該樣品容器。
7.如上述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，其包括一個或多個附加的處理工位。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，其包括在一個或多個附加的處理工位處的用于監(jiān)控經(jīng)過該工位的樣品成分和/或在該樣品中發(fā)生的反應(yīng)過程的監(jiān)控裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述監(jiān)控裝置包括用于檢測經(jīng)過該工位的樣品的輻射的吸收或發(fā)射的裝置，和/或包括用于激勵該發(fā)射的裝置。
10.如權(quán)利要求7-9中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，其包括在一個或多個附加的工位處的用于將試劑裝入經(jīng)過該工位的一系列樣品容器中的裝載裝置。
11.如權(quán)利要求7-9中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，其包括在一個或多個附加的工位處的用于封閉經(jīng)過該工位的容納樣品的容器的裝置。
12.如上述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，其包括在所述溫度控制工位上游的用于制造樣品支托件的裝置，該樣品支托件包括一系列分開的依次順序布置的樣品容器，并包括用于將所制造的樣品支托件傳送到該溫度控制工位的裝置。
13.一種用于進行熱循環(huán)反應(yīng)的設(shè)備，該設(shè)備大致如參照所附示意圖所描述。
14.一種與如上述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備一起使用的樣品支托件，該支托件包括一系列依次順序布置的樣品容器，并且該支托件適合于連續(xù)地傳送經(jīng)過一系列處理工位，該支托件包括當(dāng)電流通過其時發(fā)熱的導(dǎo)電材料。
15.如權(quán)利要求14所述的樣品支托件，其特征在于，每個樣品支托件與一由當(dāng)電流通過其時發(fā)熱的導(dǎo)電材料制成的分離元件相結(jié)合。
16.如權(quán)利要求14或15所述的樣品支托件，其特征在于，所述導(dǎo)電材料為塑料材料。
17.如權(quán)利要求16所述的樣品支托件，其特征在于，所述導(dǎo)電塑料材料為加入有導(dǎo)電材料的聚合物。
18.如權(quán)利要求17所述的樣品支托件，其特征在于，所述導(dǎo)電材料為碳或金屬。
19.如權(quán)利要求14-18中任一項所述的樣品支托件，其特征在于，所述樣品支托件呈直線或大致呈直線布置。
20.如權(quán)利要求14-19中任一項所述的樣品支托件，其特征在于，其包括一柔性材料條，一系列樣品容器安裝在其上或形成于其內(nèi)。
21.如權(quán)利要求20所述的樣品支托件，其特征在于，所述柔性材料為導(dǎo)電塑料材料。
22.如權(quán)利要求20所述的樣品支托件，其特征在于，所述柔性材料結(jié)合一層導(dǎo)電塑料材料。
23.如權(quán)利要求21或22所述的樣品支托件，其特征在于，其包括一系列對應(yīng)于獨立樣品容器的位置的電絕緣區(qū)域，以允許用于每個容器的獨立的溫度控制。
24.如權(quán)利要求20-23中任一項所述的樣品支托件，其特征在于，所述樣品容器形成于該柔性材料內(nèi)。
25.如權(quán)利要求14-19中任一項所述的樣品支托件，其特征在于，其包括一連串反應(yīng)單元，每個反應(yīng)單元設(shè)置一個或多個樣品容器，并且其做為鏈而連接在一起，以便順序地傳送經(jīng)過該處理工位。
26.如權(quán)利要求14-25中任一項所述的樣品支托件，其特征在于，其設(shè)計成使用后可丟棄的，或其包括的樣品容器或反應(yīng)單元設(shè)計成使用后可丟棄的。
27.如權(quán)利要求14-26中任一項所述的樣品支托件，其特征在于，其另外還包括電觸點，以便于當(dāng)該支托件通過適當(dāng)?shù)奶幚砉の粫r向所述導(dǎo)電材料供應(yīng)電流。
28.如權(quán)利要求14-27中任一項所述的樣品支托件，其特征在于，每個樣品容器的至少一部分是透明或半透明的，以允許監(jiān)控容納在該容器內(nèi)的樣品成分和/或在該樣品中發(fā)生的反應(yīng)過程。
29.如權(quán)利要求14-28中任一項所述的樣品支托件，其特征在于，其包括三個以上的順序布置的樣品容器。
30.如權(quán)利要求29所述的樣品支托件，其特征在于，其包括十個或更多的順序布置的樣品容器。
31.如權(quán)利要求14-30中任一項所述的樣品支托件，其特征在于，所述樣品容器按陣列布置。
32.如權(quán)利要求14-31中任一項所述的樣品支托件，其特征在于，所述樣品容器中的一個或多個預(yù)裝有一種或多種試劑。
33.如權(quán)利要求14-32中任一項所述的樣品支托件，其特征在于，其為滾輪的形式。
34.如權(quán)利要求14-32中任一項所述的樣品支托件，其特征在于，其為折疊的疊置件的形式。
35.如權(quán)利要求14-34中任一項所述的樣品支托件，其特征在于，其包括可嚙合的驅(qū)動裝置，通過該裝置可驅(qū)動所述樣品支托件經(jīng)過一系列處理工位。
36.一種大致如參照所附示意圖所描述的樣品支托件。
37.一種用于進行熱循環(huán)反應(yīng)的方法，其包含使用如權(quán)利要求1-13中任一項所述的設(shè)備和/或使用如權(quán)利要求14-36中任一項所述的樣品支托件，以傳送一系列樣品經(jīng)過一連串順序布置的溫度控制工位，在每個所述工位向經(jīng)過該工位的容納樣品的容器供應(yīng)電流或在經(jīng)過該工位的容納樣品的容器中感應(yīng)產(chǎn)生電流，以促進該樣品中的溫度變化。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，所述的系列樣品連續(xù)地傳送經(jīng)過所述溫度控制工位。
39.如權(quán)利要求37或38所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)為增效反應(yīng)的一部分。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)為聚合酶連鎖反應(yīng)的一部分。
41.如權(quán)利要求37-40中任一項所述的方法，其特征在于，所述樣品被額外傳送經(jīng)過一個或多個處理工位，在該處理工位該樣品的成分和/或在該樣品中發(fā)生的反應(yīng)過程被監(jiān)控。
42.如權(quán)利要求37-41中任一項所述的方法，其特征在于，設(shè)置在該樣品支托件上或該樣品支托件內(nèi)的所述樣品容器被傳送經(jīng)過處理工位，在該處理工位該樣品容器裝入樣品和/或試劑。
43.如權(quán)利要求37-42中任一項所述的方法，其特征在于，該方法至少部分是自動控制的。
44.一種用于進行熱循環(huán)反應(yīng)的方法，該方法大致如參照所附示意圖所描述。
45.一種用于制造如權(quán)利要求14或任何一項從屬于其的權(quán)利要求所述的樣品支托件的方法，該方法包括在柔性條內(nèi)形成一系列反應(yīng)凹部，該柔性條包括當(dāng)電流經(jīng)過時發(fā)熱的導(dǎo)電材料。
46.如權(quán)利要求45的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料為塑料材料。
47.如權(quán)利要求45或46的方法，其特征在于，其額外包含設(shè)置一個或多個具有一個或多個適當(dāng)定位的電觸點的反應(yīng)凹部。
48.如權(quán)利要求45-47中任一項所述的方法，其特征在于，其額外包含將一種或多種所需試劑預(yù)裝入一個或多個所述反應(yīng)凹部。
49.一種用于制造如權(quán)利要求14或任何一項從屬于其的權(quán)利要求所述的樣品支托件的方法，該方法大致如參照所附示意圖所描述。
50.如權(quán)利要求37-44中任一項所述的方法，其特征在于，其額外結(jié)合如權(quán)利要求45-49中任一項所述的方法。
51.一種如權(quán)利要求1-13中任一項所述的設(shè)備，其與如權(quán)利要求14-36中任一項所述的樣品支托件相結(jié)合使用。
52.一種在如權(quán)利要求37-44中任一項所述的方法中如權(quán)利要求14-36中任一項所述的樣品支托件的使用。
53.一種用于在線監(jiān)控所關(guān)注環(huán)境中的狀況的方法，該方法包含從環(huán)境中連續(xù)地提取樣品，并且通過使用如權(quán)利要求37-44或50中任一項所述的方法，使每個樣品連續(xù)地經(jīng)過包含熱循環(huán)的診斷過程。
全文摘要
一種用于進行熱循環(huán)反應(yīng)的方法和設(shè)備，其中一系列樣品被傳送通過一連串順序排列的溫度控制工位，每個工位包括用于向經(jīng)過該工位的容納樣品的容器供應(yīng)電流或用于在經(jīng)過該工位的容納樣品的容器中感應(yīng)產(chǎn)生電流以促進該樣品中的溫度變化的裝置。本發(fā)明也提供樣品支托件及其制造，該支托件包括一系列依次順序布置的樣品容器，優(yōu)選為以鏈連接的形式布置，該支托件包括優(yōu)選為當(dāng)電流通過時發(fā)熱的塑料導(dǎo)電材料。
文檔編號B01J19/00GK1427744SQ0180923
公開日2003年7月2日 申請日期2001年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月8日
發(fā)明者D·J·斯奎雷爾, M·A·李 申請人:英國國防部