本發(fā)明專利申請是申請日為2011年12月16日、申請?zhí)枮?01180064525.6、發(fā)明名稱為“用于快速PCR加熱的方法及系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請案的分案申請。

相關申請案交叉參考

本申請案主張對2010年12月17日提出申請的第61/424,551號美國臨時專利申請案及2011年10月7日提出申請的第61/545,063號美國臨時專利申請案的優(yōu)先權(quán)，所述申請案以引用的方式完全并入本文中。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及用于快速PCR加熱的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在許多領域中，呈可具有多個孔或經(jīng)壓印樣本位點的支撐薄片形式的試樣載體用于其中將小的樣本加熱或熱循環(huán)的各種工藝。特定實例為用于復制DNA樣本的聚合酶鏈反應方法(通常稱為PCR)。此些樣本需要快速且準確的熱循環(huán)，且通常放置于多孔塊中且在預設重復循環(huán)中在數(shù)個選定溫度之間循環(huán)。重要地，整個薄片的溫度或更特定來說每一孔中的溫度為盡可能均勻的。

所述樣本可能為含納在個別樣本管或可為單片板的一部分的樣本管陣列內(nèi)的液體溶液，其以體積計通常在1micro-1與200micro-1之間。可在液體樣本內(nèi)測量到的溫度差隨著增加的溫度改變速率而增加且可限制實際上可采用的最大溫度改變速率。

加熱此些試樣載體的先前方法已涉及附接加熱裝置的使用或其中將單獨加熱的流體引導到載體中或圍繞所述載體引導所述流體的間接方法的使用。

先前加熱方法具有以下缺點：熱是在與需要加熱的試樣載體分離的加熱器中產(chǎn)生的。此些加熱系統(tǒng)及方法遭受伴隨從加熱器到試樣載體的載體薄片的熱轉(zhuǎn)移的熱損失。另外，加熱器與試樣載體的分離在溫度控制環(huán)路中引入時間延遲或“滯后”。因此，向加熱元件施加功率不會產(chǎn)生所述塊的溫度的瞬時或接近瞬時的增加。如果將從加熱器將熱能轉(zhuǎn)移到所述塊，那么在加熱器與所述塊之間存在熱間隙或屏障需要所述加熱器比所述塊熱。因此，存在另一困難：停止向加熱器的功率施加不能瞬時阻止所述塊在溫度上的增加。

溫度控制環(huán)路中的滯后將隨著所述塊的溫度改變速率增加而增加。此可能導致溫度控制的不準確性且限制可使用的實際溫度改變速率?？稍谑褂酶浇蛹訜嵩r產(chǎn)生在熱均勻性方面的不準確性及進一步的滯后，因為所述元件附接于所述塊上的特定位置處且必須將由所述元件產(chǎn)生的熱從那些特定位置傳導到所述塊的塊體。為發(fā)生從所述塊的一部分到另一部分的熱轉(zhuǎn)移，所述塊的第一部分必須比另一部分熱。關于附接熱元件(特別是當前的珀耳帖效應裝置)的另一問題是塊與熱裝置之間的界面將由于所涉及的材料的熱膨脹系數(shù)的差異而經(jīng)受機械應力。熱循環(huán)將導致循環(huán)應力，其將往往危及熱元件的可靠性及熱界面的完整性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一方面提供一種用于聚合酶鏈反應(“PCR”)的微板，其包括：襯底，其包括用于加熱PCR樣本的金屬材料；及屏障層，其鄰近于所述襯底安置，所述屏障層由第一聚合材料形成。所述微板包含一個或一個以上孔，其用于盛放PCR樣本，所述一個或一個以上孔由密封到所述屏障層的第二聚合材料形成。所述襯底提供至少5℃/秒(“s”)的PCR斜升速率。在一實施例中，所述PCR斜升速率(或加熱速率)為至少大約10℃/秒。在另一實施例中，所述微板經(jīng)配置以在電流流動穿過所述襯底之后即刻加熱樣本。在另一實施例中，所述襯底經(jīng)配置以與PCR樣本分離10微米或更小。在另一實施例中，所述第二聚合材料熱密封到所述屏障層。在另一實施例中，所述第一聚合材料與所述第二聚合材料化學兼容。在另一實施例中，所述金屬材料包括鋁合金。在另一實施例中，所述襯底用于在所述電流流動穿過所述襯底之后即刻產(chǎn)生熱。在另一實施例中，所述襯底用于以在大約5℃/s與15℃/s之間的速率增加所述一個或一個以上孔中的樣本的溫度。在另一實施例中，所述金屬材料具有在大約2×10^-8Ω-m與8×10^-8Ω-m之間的電阻率。在另一實施例中，所述一個或一個以上孔包括至少24個孔。在另一實施例中，所述一個或一個以上孔包括至少96個孔。

本發(fā)明的另一方面提供一種用于PCR的微板,其包括：襯底，其包括用于加熱PCR樣本的金屬材料；及涂覆層，其鄰近于所述襯底安置，所述涂覆層由第一聚合材料形成。所述微板包含一個或一個以上孔，其由密封到所述涂覆層的第二聚合材料形成，用于含納PCR樣本。所述金屬襯底在無外部加熱元件或珀耳帖加熱塊的情況下提供+/-0.2℃或更佳的孔間熱均勻性。

本發(fā)明的另一方面提供一種用于PCR的微板，其包括：襯底，其包括用于加熱PCR樣本的金屬材料；及涂覆層，其鄰近于所述襯底安置，所述涂覆層由第一聚合材料形成。所述微板包含一個或一個以上孔，其用于含納PCR樣本，所述一個或一個以上孔由密封到所述涂覆層的第二聚合材料形成。所述襯底提供足以允許至少大約每分鐘1個PCR循環(huán)的加熱效率，包含針對每個循環(huán)的熒光測量在內(nèi)。在一實施例中，所述襯底提供足以允許至少大約每分鐘2、3、4、5、6、7、8、9或10個PCR循環(huán)的加熱效率。在另一實施例中，所述襯底包括鋁合金。在另一實施例中，所述襯底包括鋁。在另一實施例中，所述微板具有小于大約1毫米(“mm”)的厚度。在另一實施例中，所述微板具有小于大約0.5mm的厚度。在另一實施例中，所述涂覆層具有小于大約10微米(“microns”)的厚度。在另一實施例中，所述微板進一步包括在所述襯底的與所述涂覆層相對的側(cè)處的紅外輻射歸一化層的層。在另一實施例中，所述輻射歸一化層具有小于5微米的厚度。

本發(fā)明的另一方面提供一種供與PCR一起使用的一次性樣本架，其包括涂覆有第一聚合材料的鋁襯底及熱密封到所述第一聚合材料的多個孔，所述多個孔由與所述第一聚合材料兼容的第二聚合材料形成。

本發(fā)明的另一方面提供一種供與PCR一起使用的一次性樣本架，其具有用于將熱提供到所述一次性樣本架的多個孔的含鋁襯底，所述一次性樣本架具有小于或等于大約30g的重量。在一實施例中，所述一次性樣本架具有小于或等于大約20g的重量。在另一實施例中，所述一次性樣本架具有小于或等于大約15g的重量。在另一實施例中，所述一次性樣本架具有小于或等于大約10g的重量。在另一實施例中，所述一次性樣本架具有小于或等于大約5g的重量。

本發(fā)明的另一方面提供一種供與PCR一起使用的低成本樣本架，其包括由具有在大約2.7g/cm³與3.0g/cm³之間的密度的金屬材料形成的襯底。所述襯底經(jīng)配置而以在大約5℃/s與15℃/s之間的加熱速率將熱提供到所述低成本樣本架的一個或一個以上孔。所述襯底包括鋁。在另一實施例中，所述低成本樣本架進一步包括由所述襯底上方的第一聚合材料形成的屏障層。在另一實施例中，所述一個或一個以上孔由接合到所述第一聚合材料的第二聚合材料形成。

本發(fā)明的另一方面提供一種用于PCR的微板，其包括：珀耳帖加熱裝置；及襯底，其鄰近于所述珀耳帖加熱裝置，所述襯底包括用于加熱PCR樣本的金屬材料。所述微板進一步包括屏障層，其鄰近于所述襯底，所述屏障層由第一聚合材料形成。一個或一個以上孔鄰近于所述襯底安置，所述一個或一個以上孔用于含納PCR樣本。所述一個或一個以上孔由密封到所述屏障層的第二聚合材料形成。在一實施例中，所述第一聚合材料不同于所述第二聚合材料。在另一實施例中，所述第一聚合材料與所述第二聚合材料相同。在另一實施例中，所述襯底提供至少5℃/秒的PCR斜升速率。在另一實施例中，所述襯底提供至少10℃/秒的PCR斜升速率。

本發(fā)明的另一方面提供一種用于PCR的微板，其包括：襯底，其包括用于加熱PCR樣本的金屬材料；及屏障層，其鄰近于所述襯底，所述屏障層由第一聚合材料形成。所述微板進一步包括一個或一個以上孔，其鄰近于所述襯底，所述一個或一個以上孔用于含納PCR樣本。所述一個或一個以上孔由密封到所述屏障層的第二聚合材料形成。所述微板經(jīng)配置以與所述襯底的一個或一個以上波紋表面處的一個或一個以上電觸點(例如，匯流條)電接觸。在一實施例中，所述第一聚合材料不同于所述第二聚合材料。在另一實施例中，所述第一聚合材料與所述第二聚合材料相同。在另一實施例中，所述一個或一個以上波紋表面安置于所述襯底的指狀突出部(本文中也稱“指狀件”)處。在另一實施例中，所述一個或一個以上波紋表面由指狀件形成。在另一實施例中，所述襯底提供至少5℃/秒的PCR斜升速率。在另一實施例中，所述襯底提供至少10℃/秒的PCR斜升速率。

本發(fā)明的另一方面提供一種用于PCR的微板，其包括：加熱裝置；及襯底，其鄰近于所述加熱裝置，所述襯底包括用于在電流流動穿過所述襯底之后即刻加熱PCR樣本的金屬材料。所述微板進一步包括屏障層，其鄰近于所述襯底，所述屏障層由第一聚合材料形成。一個或一個以上孔鄰近于所述襯底安置，所述一個或一個以上孔用于含納PCR樣本。所述一個或一個以上孔由密封(例如，熱密封、夾持)到所述屏障層的第二聚合材料形成。在一實施例中，所述加熱裝置為珀耳帖加熱裝置或加熱夾。在另一實施例中，所述第一聚合材料不同于所述第二聚合材料。在另一實施例中，所述第一聚合材料與所述第二聚合材料相同。

本發(fā)明的另一方面提供一種用于進行PCR的方法，其中來自所述PCR的數(shù)據(jù)及用于處理所述數(shù)據(jù)的指令位于可裝卸裝置上。在一實施例中，在所述可裝卸裝置中提供控制指令及分析指令兩者以允許用戶開展實驗且與用于進行PCR反應的熱循環(huán)儀無關地分析結(jié)果。在另一實施例中，所述可裝卸裝置為通用串行總線裝置。在另一實施例中，所述可裝卸裝置為可裝卸存儲器磁盤。在另一實施例中，所述可裝卸裝置為緊湊快閃、串行高級技術(shù)附件接口或個人計算機存儲器卡國際協(xié)會接口。在另一實施例中，所述可裝卸裝置上的所述指令使得能夠識別與所述可裝卸裝置介接的硬件的類型且提供用于對所述硬件執(zhí)行PCR的預定命令及/或指令。

本發(fā)明的另一方面提供一種用于執(zhí)行PCR的系統(tǒng)，其單獨地或以組合方式包括：多個匯流條，其用于與微板或樣本架電配合；及上文或本文中別處所描述的微板或樣本架。所述微板或樣本架與所述多個匯流條電連通且可從所述匯流條移除。所述系統(tǒng)進一步包括用于將電流施加到所述微板或樣本架的電流施加裝置。在一實施例中，所述微板或樣本架與所述多個匯流條歐姆接觸。在另一實施例中，所述微板或樣本架包括與所述匯流條電連通(或電接觸)的指狀突出部。在另一實施例中，所述指狀突出部具有包括褶皺的表面。在另一實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括用于測量所述微板或樣本架的溫度的溫度傳感器，例如紅外傳感器。在另一實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括用于在多個熱區(qū)中測量所述微板或樣本架的所述溫度的多個溫度傳感器。在另一實施例中，所述系統(tǒng)包括用于在九個熱區(qū)中測量所述所述微板或樣本架的所述溫度的至少九個傳感器。在另一實施例中，所述多個溫度傳感器提供連續(xù)溫度測量。在另一實施例中，跨越所述微板或樣本架的溫度變化小于0.5℃。

本發(fā)明的另一方面提供一種用于進行PCR的方法，其包括：單獨地或以組合方式提供如上文或本文中別處所描述的微板或樣本架；及對所述樣本進行PCR。在PCR期間，以至少大約5℃/秒的斜升速率加熱所述樣本。在一實施例中，所述方法進一步包括在進行PCR之前將樣本提供到所述微板或樣本架。在一實施例中，在PCR期間，以至少大約0.1℃/秒的斜升速率加熱所述樣本。在另一實施例中，在PCR期間，以至少大約0.5℃/秒的斜升速率加熱所述樣本。在另一實施例中，在PCR期間，以至少大約1℃/秒的斜升速率加熱所述樣本。在另一實施例中，在PCR期間，以至少大約5℃/秒的斜升速率加熱所述樣本。在另一實施例中，在PCR期間，以至少大約10℃/秒的斜升速率加熱所述樣本。在另一實施例中，在PCR期間，以至少大約15℃/秒的斜升速率加熱所述樣本。

本發(fā)明的另一方面提供一種用于執(zhí)行PCR的方法，其包括：單獨地或以組合方式提供如上文或本文中別處所描述的微板或樣本架；及對所述樣本進行PCR。在PCR期間，在無外部加熱元件或珀耳帖加熱塊的情況下，所述微板或樣本架具有至少大約+/-0.2℃的孔間熱均勻性。在一實施例中，所述方法進一步包括在進行PCR之前將樣本提供到所述微板或樣本架。

本發(fā)明的另一方面提供一種用于進行PCR的方法，其包括：單獨地或以組合方式提供如上文或本文中別處所描述的微板或樣本架；及以至少大約每分鐘0.1個PCR循環(huán)的速率對所述樣本進行PCR。在一實施例中，所述方法進一步包括在進行PCR之前將樣本提供到所述微板或樣本架。在另一實施例中，以至少大約每分鐘1個PCR循環(huán)的速率對所述樣本進行PCR。在另一實施例中，以至少大約每分鐘2個PCR循環(huán)的速率對所述樣本進行PCR。在另一實施例中，以至少大約每分鐘3個PCR循環(huán)的速率對所述樣本進行PCR。在另一實施例中，以至少大約每分鐘6個PCR循環(huán)的速率對所述樣本進行PCR。在另一實施例中，所述方法進一步包括在個別PCR循環(huán)中執(zhí)行熒光測量。在另一實施例中，在PCR期間，在無外部加熱元件或珀耳帖加熱塊的情況下，所述微板或樣本架具有至少大約+/-0.2℃的孔間熱均勻性。在另一實施例中，在PCR期間，以至少大約0.1℃/秒的斜升速率加熱所述樣本。在另一實施例中，在PCR期間，以至少大約0.5℃/秒的斜升速率加熱所述樣本。在另一實施例中，在PCR期間，以至少大約1℃/秒的斜升速率加熱所述樣本。在另一實施例中，在PCR期間，以至少大約5℃/秒的斜升速率加熱所述樣本。在另一實施例中，在PCR期間，以至少大約10℃/秒的斜升速率加熱所述樣本。在另一實施例中，在PCR期間，以至少大約15℃/秒的斜升速率加熱所述樣本。

所屬領域的技術(shù)人員依據(jù)以下詳細描述將容易明了本發(fā)明的額外方面及優(yōu)點，其中僅展示及描述本發(fā)明的說明性實施例。如將認識到，本發(fā)明能夠具有其它及不同實施例，且其數(shù)個細節(jié)能夠在各種顯而易見的方面做出修改，此全部不背離本發(fā)明。因此，所述圖式及描述在本質(zhì)上將視為說明性而非限制性。

以引用方式并入

本說明書中所提及的所有公開案、專利及專利申請案均以引用的方式并入本文中，其并入程度與具體且個別地指示每一個別公開案、專利或?qū)＠暾埌敢砸玫姆绞讲⑷胍粯印?/p>

附圖說明

本發(fā)明的新穎特征詳細地闡述于所附權(quán)利要求書中。通過參考闡述其中利用本發(fā)明的原理的說明性實施例的以下詳細描述及附圖將獲得對本發(fā)明的特征及優(yōu)點的更佳理解，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于聚合酶鏈反應(PCR)的微板的示意性側(cè)視圖；

圖2示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于將熱提供到消耗品的變壓器驅(qū)動型式；

圖3示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于將熱提供到消耗品的變壓器驅(qū)動型式；

圖4示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于將熱提供到消耗品的變壓器驅(qū)動型式；

圖5示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于將熱提供到消耗品的變壓器驅(qū)動型式；

圖6展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的傳感器塊。

圖7展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的珀耳帖加熱裝置；

圖8展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的微板及鄰近于所述微板的珀耳帖加熱裝置；

圖9展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于執(zhí)行PCR的系統(tǒng)；

圖10展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有54個孔的微板；且

圖11到17圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖形用戶接口的示范性屏幕截圖。

具體實施方式

盡管已在本文中展示及描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但所屬領域的技術(shù)人員將明了此些實施例是僅以實例的方式提供的。所屬領域的技術(shù)人員現(xiàn)在將聯(lián)想出眾多變化、改變及替代，此并不背離本發(fā)明。應理解，可在實踐本發(fā)明中采用本文中所描述的本發(fā)明實施例的各種替代方案。

在若干實施例中，提供用于聚合酶鏈反應(PCR)的微板組合件(本文中也稱“微板”)。本發(fā)明的實施例的微板可提供勝過當前PCR系統(tǒng)的各種優(yōu)點，如在PCR期間的快速且準確熱控制。在一些實施例中，提供多達且超過每分鐘6個PCR循環(huán)的微板，其中每個循環(huán)進行熒光測量。在另一實施例中，提供具有大約10℃/秒的平均加熱斜升速率的微板。在另一實施例中，提供具有對熱均勻性的主動控制的微板，從而在+/-0.2℃或更佳內(nèi)產(chǎn)生熱控制。

在一些實施例中，微板可為可消耗的。在另一實施例中，微板可為可循環(huán)的。在另一實施例中，微板可為可再用的。在另一實施例中，微板可為可生物降解的。在另一實施例中，微板可為不可消耗的。

用于聚合酶鏈反應(PCR)的微板

本發(fā)明的一方面提供用于聚合酶鏈反應(PCR)的微板。在若干實施例中，所述微板包括包含用于加熱PCR樣本的金屬材料的襯底及安置于所述襯底上方的屏障層，所述屏障層由第一聚合材料形成。所述微板進一步包含用于含納PCR樣本的一個或一個以上孔，所述一個或一個以上孔由密封到屏障層的第二聚合材料形成。在一些情況中，第一聚合材料不同于第二聚合材料。在一實例中，第一聚合材料具有不同于第二聚合材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。在其它情況中，第一聚合材料與第二聚合材料相同。在一實例中，第一聚合材料具有與第二聚合材料相同或大致相同的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。

在一些實施例中，所述襯底提供至少大約1℃/秒或2℃/秒或3℃/秒或4℃/秒或5℃/秒或6℃/秒或7℃/秒或8℃/秒或9℃/秒或10℃/秒或11℃/秒或12℃/秒或13℃/秒或14℃/秒或15℃/秒或16℃/秒或17℃/秒或18℃/秒或19℃/秒或20℃/秒或25℃/秒或30℃/秒或35℃/秒或40℃/秒或45℃/秒或50℃/秒或更大的PCR斜升速率(或加熱速率)。

在一些實施例中，可通過使電流穿過襯底來實現(xiàn)PCR樣本的加熱。在另一實施例中，可通過使直流(DC)穿過襯底來實現(xiàn)PCR樣本的加熱。在另一實施例中，可通過使交流(AC)穿過襯底來實現(xiàn)PCR樣本的加熱。

在一些實施例中，所述襯底與PCR樣本分離1微米(“micron”)或更小或2微米或更小或3微米或更小或4微米或更小或5微米或更小或6微米或更小或7微米或更小或8微米或更小或9微米或更小或10微米或更小或11微米或更小或12微米或更小或13微米或更小或14微米或更小或15微米或更小或16微米或更小或17微米或更小或18微米或更小或19微米或更小或20微米或更小。在其它實施例中，所述襯底與PCR樣本分離至少大約0.1微米或1微米或2微米或3微米或4微米或5微米或10微米或15微米或20微米或30微米或40微米或50微米或100微米或500微米或1000微米或5000微米或10,000微米或更大。

在一些實施例中，第二聚合材料熱密封到屏障層。在另一實施例中，第一聚合材料與第二聚合材料化學兼容。在另一實施例中，所述金屬材料包括鋁或鋁合金。

在一些實施例中，所述襯底用于在電流流動穿過所述襯底之后即刻產(chǎn)生熱。在另一實施例中，所述襯底用于在直流(DC)流動穿過所述襯底之后即刻產(chǎn)生熱。在另一實施例中，所述襯底用于在交流(AC)流動穿過所述襯底之后即刻產(chǎn)生熱。

在一些實施例中，所述襯底用于以在大約1℃/秒與35℃/秒之間或大約3℃/秒與25℃/秒之間或大約5℃/秒與15℃/秒之間的速率增加一個或一個以上孔中的樣本的溫度。

在一些實施例中，所述襯底包含用于加熱PCR樣本的金屬材料。所述金屬材料可具有在大約5×10^-9Ω-m與1×10^-6Ω-m之間或大約1×10^-8Ω-m與1×10^-7Ω-m之間或大約2×10^-8Ω-m與8×10^-8Ω-m之間的電阻率。

在一些實施例中，所述微板可包含一個或一個以上孔。在一些情況中，所述微板可包含1個孔或2個孔或3個孔或4個孔或5個孔或6個孔或7個孔或8個孔或9個孔或10個孔或11個孔或12個孔或13個孔或14個孔或15個孔或16個孔或17個孔或18個孔或19個孔或20個孔或21個孔或22個孔或23個孔或24個孔或25個孔或26個孔或27個孔或28個孔或29個孔或30個孔或31個孔或32個孔或33個孔或34個孔或35個孔或36個孔或37個孔或38個孔或39個孔或40個孔或41個孔或42個孔或43個孔或44個孔或45個孔或46個孔或47個孔或48個孔或49個孔或50個孔或51個孔或52個孔或53個孔或54個孔或55個孔或56個孔或57個孔或58個孔或59個孔或60個孔或61個孔或62個孔或63個孔或64個孔或65個孔或66個孔或67個孔或68個孔或69個孔或70個孔或71個孔或72個孔或73個孔或74個孔或75個孔或76個孔或77個孔或78個孔或79個孔或80個孔或81個孔或82個孔或83個孔或84個孔或85個孔或86個孔或87個孔或88個孔或89個孔或90個孔或91個孔或92個孔或93個孔或94個孔或95個孔或96個孔或97個孔或98個孔或99個孔或100個孔或101個孔或102個孔或103個孔或104個孔或105個孔或106個孔或107個孔或108個孔或109個孔或110個孔或111個孔或112個孔或113個孔或114個孔或115個孔或116個孔或117個孔或118個孔或119個孔或120個孔或121個孔或122個孔或123個孔或124個孔或125個孔或126個孔或127個孔或128個孔或129個孔或130個孔或更多。在一些實施例中，所述微板可包含1個或更多或5個或更多或10個或更多或15個或更多或20個或更多或25個或更多或30個或更多或35個或更多或40個或更多或45個或更多或50個或更多或60個或更多或70個或更多或80個或更多或90個或更多或100個或更多或110個或更多或120個或更多或130個或更多或140個或更多或150個或更多或200個或更多或300個或更多或400個或更多或500個或更多或1000個或更多孔。

在一實施例中，所述微板可包含24個孔。在另一實施例中，所述微板可包含48個孔。在另一實施例中，所述微板可包含54個孔。在另一實施例中，所述微板可包含72個孔。在另一實施例中，所述微板可包含96個孔。所述微板可為一次性的及/或可循環(huán)的。

在一些實施例中，所述微板可包含24個孔(每一孔具有5微升(μl)與40μl之間的填充體積)或96個孔(每一孔具有大約0.5μl與5μl之間的體積)。

在其它實施例中，用于聚合酶鏈反應(PCR)的微板包括：包括用于加熱PCR樣本的金屬材料的襯底；安置于所述襯底上方的涂覆層(本文中也稱“屏障層”)，所述涂覆層由第一聚合材料形成；及由密封到所述涂覆層的第二聚合材料形成的一個或一個以上孔，其用于含納PCR樣本。在一些實施例中，金屬襯底在不需要外部加熱元件或珀耳帖加熱塊的情況下提供+/-1℃或更佳或+/-0.5℃或更佳或+/-0.2℃或更佳的孔間熱均勻性。

在其它實施例中，用于聚合酶鏈反應(PCR)的微板包括：包括用于加熱PCR樣本的金屬材料的襯底；安置于所述襯底上方的涂覆層，所述涂覆層由第一聚合材料形成；及用于含納PCR樣本的一個或一個以上孔，所述一個或一個以上孔由密封到所述涂覆層的第二聚合材料形成。在一些實施例中，所述金屬襯底提供足以允許至少每分鐘1個PCR循環(huán)或至少每分鐘2個PCR循環(huán)或至少每分鐘3個PCR循環(huán)或至少每分鐘4個PCR循環(huán)或至少每分鐘5個PCR循環(huán)或至少每分鐘6個PCR循環(huán)或至少每分鐘7個PCR循環(huán)或至少每分鐘8個PCR循環(huán)或至少每分鐘9個PCR循環(huán)或至少每分鐘10個PCR循環(huán)的加熱效率，包含針對每個循環(huán)的熒光測量在內(nèi)。

在一些實施例中，所述微板進一步包含在所述襯底的與接觸層相對的側(cè)處的紅外輻射(IR)歸一化材料層。所述IR歸一化層可輔助增加IR發(fā)射率，借此在PCR期間提供對微板及一個或一個以上孔的更高效的熱調(diào)節(jié)。在另一實施例中，所述微板可包括在襯底的與涂覆層相對的側(cè)處的IR歸一化材料層。在一些實施例中，所述IR歸一化層可具有小于大約10微米(“micron”)或小于大約5微米或小于大約1微米或小于大約0.5微米或小于大約0.1微米的厚度。

在一些實施例中，所述微板可具有小于大約0.1mm或小于大約0.2mm或小于大約0.3mm或小于大約0.4mm或小于大約0.5mm或小于大約0.6mm或小于大約0.7mm或小于大約0.8mm或小于大約0.9mm或小于大約1mm的厚度。在另一實施例中，所述微板可具有大約0.1mm與100mm之間或大約0.2mm與20mm之間或大約0.3mm與10mm之間或大約0.4mm與0.6mm之間的厚度。

在一些實施例中，所述涂覆層可具有小于大約10微米(“micron”)或小于大約5微米或小于大約1微米或小于大約0.5微米或小于大約0.1微米的厚度。

本發(fā)明的另一方面提供供與聚合酶鏈反應(PCR)一起使用的一次性樣本架。在一些情況中，所述一次性樣本架由可循環(huán)材料形成，例如聚合材料、金屬材料(例如，鋁)或復合材料。

在一些實施例中，一次性樣本架包括涂覆有第一聚合材料的鋁襯底及熱密封到所述第一聚合材料的多個孔。所述多個孔可由與第一聚合材料兼容的第二聚合材料形成。

在一些情況中，一次性樣本架包括用于將熱提供到所述一次性樣本架的多個孔的含鋁襯底。所述一次性樣本架可具有小于或等于大約100g或90g或80g或70g或60g或50g或40g或30g或20g或15g或10g或5g或4g或3g或2g或1g或更低的重量。在一些實施例中，所述一次性樣本架為單次使用樣本架。

本發(fā)明的另一方面提供供與聚合酶鏈反應(PCR)一起使用的低成本樣本架。所述低成本樣本架可包括由具有大約2.0g/cm³與4.0g/cm³或2.7g/cm³與3.0g/cm³之間的密度的金屬材料形成的襯底。所述襯底可經(jīng)配置而以大約1℃/s與30℃/s或5℃/s與15℃/s之間的加熱速率將熱提供到低成本樣本架的一個或一個以上孔。在一些實施例中，所述襯底包含鋁。在一些情形中，所述低成本樣本架進一步包含由在襯底上方的第一聚合材料形成的屏障層。所述低成本樣本架的一個或一個以上孔可由接合到第一聚合材料的第二聚合材料形成。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的微板100的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。微板100在包括由例如聚丙烯的聚合材料形成的一個或一個以上管的模制件102中包含多個孔101(或孔狀結(jié)構(gòu))。所述管附接到金屬板103的表面。在一些實施例中，所述管借助于由可與模制件102的管的材料兼容的聚合材料形成的涂覆層(或屏障層)104附接到金屬板103的表面。所述金屬板可由電阻性材料形成。在一些實施例中，所述金屬板可由鋁或鋁合金形成。圖1的微板具有安置于所述孔中的每一者中的樣品105。

在一些情況中，模制件102可由單件聚合材料形成。在一些情況中，模制件102通過注射模制形成。在一些情形中，模制件102可由彼此附接(例如通過焊接或借助于粘合劑)的多個件形成。

繼續(xù)參考圖1，孔101至少部分地由至少部分地由聚合材料形成的模制件102的側(cè)壁界定。模制件102可使所述模制件的底部表面擱靠在金屬板103上。此可在所述孔中的每一者中提供高效熱控制。

在一些實施例中，模制件102可借助于例如粘合劑的接合材料固定到金屬板103。在其它實施例中，模制件102借助于夾或緊固件(未展示)固定到金屬板103。

微板加熱

本發(fā)明的另一方面提供具有用于聚合酶鏈反應(PCR)加熱的孔的微板(或消耗品)。在一些實施例中，可通過使電流穿過微板來加熱所述消耗品。可加熱所述微板達預定時間周期?？赏ㄟ^具有一個或一個以上處理器的計算機系統(tǒng)來調(diào)節(jié)樣本處理(包含加熱)，所述處理器用于執(zhí)行存儲于所述計算機系統(tǒng)的存儲器位置中的機器可讀指令。

可通過使電流穿過圖1的微板來產(chǎn)生熱。在一些情況中，加熱為電阻性加熱?？赏ㄟ^使穿過微板的至少一部分的電流變化或使跨越微板施加的電位變化來調(diào)整加熱或冷卻的速率。

在一些實施例中，一次性微板(本文中也稱“消耗品”)可包含經(jīng)涂覆金屬板，其中聚合物模制件附接到所述金屬板。所述金屬板可涂覆有與所述模制件兼容的聚合材料。所述聚合物模制件可由聚合材料形成。所述消耗品本質(zhì)上可為加熱元件?？赏ㄟ^使電流穿過金屬板來直接加熱所述消耗品。所述消耗品可包含液體樣本或樣品，所述液體樣本或樣品與所述板緊密接觸、通過聚合物層與所述板分離，使得到所述樣本及從所述樣本的熱轉(zhuǎn)移為快速且可控制的。在一些實施例中，所述聚合物層可具有大約10微米的厚度或本文中所提供的其它厚度(參見上文)。

在一些實施例中，可通過使電流沿著若干個不同可能電流路徑穿過消耗品來加熱所述消耗品。在另一實施例中，在所述板的端處的接觸指狀件連接到匯流條的系統(tǒng)。這些匯流條為四個變壓器的單匝次級繞組。所述消耗品經(jīng)配置以擱置于匯流條上(或與其電接觸)。在一些實施例中，所述消耗品可從匯流條移除。在另一實施例中，幾何形狀與所描述消耗品類似的固定板永久附接到所述匯流條。

在一些實施例中，使用三端雙向可控硅裝置的相角觸發(fā)來成比例地控制對每一變壓器的低電流初級驅(qū)動。此外，通過使用雙初級繞組，可控制對每一變壓器的驅(qū)動的相對相位。

在一些實施例中，穿過板的電流為高的且施加到板的電壓為低的。在一些實施例中，穿過板的電流高達大約每變壓器50A或100A或150A或200A或300A或400A或500A或600A或700A或800A或900A或1000A。在另一實施例中，施加到板的電壓在大約0.1V與1V之間或在大約0.25V與0.5V之間。

在一些實施例中，為了在低電壓及低板電阻下操作，可移除板與固定匯流條之間的觸點為關鍵的。在另一實施例中，所述板使用由主缸(其由電滾珠螺桿致動)驅(qū)動的6個小型液壓壓頭夾持到所述匯流條上的鍍金觸點。所述壓頭可各自施加大約2,000牛頓(N)的力，所述力產(chǎn)生鋁的足以破壞通常存在于所述金屬的表面上的氧化物膜且在所述板與匯流條之間做出極低電阻觸點的變形。

微板可包含N行×M列的孔，其中‘N’及‘M’為大于零的整數(shù)。在一些情況中，N為至少1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或20或更大，且M為至少1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或20或更大。所述行可正交于所述列或可相對于所述列有角度地安置成大于0°的角度且相對于所述列有角度地安置成小于90°的角度。舉例來說，所述行可相對于所述列有角度地安置成大約45°的角度。

舉例來說，微板可包含3行×3列(3×3)的孔或總共9個孔。作為另一實例，微板可包含3×3、4×6、6×4、9×6或6×9個孔。圖10展示具有6行×9列的孔1001或總共54個孔的微板1000。所述孔由聚合材料形成且鄰近于由金屬材料(例如，鋁)形成的襯底1002安置。襯底1002包括多個指狀件(或指狀突出部)1003。每一指狀件1003具有頂部表面(面向孔1001)及底部表面。指狀件1003中的每一者的頂部表面具有界定所述頂部表面上的褶皺的波狀圖案。指狀件1003中的每一者的底部表面(未展示)可具有界定褶皺的波狀圖案。所述指狀件的頂部表面及底部表面的至少一部分經(jīng)配置以與匯流條接觸以促進在PCR期間電流流動穿過微板1000。

在一些實施例中，褶皺具有大約0.1微米(“micron”)與1厘米或1微米與10毫米(“mm”)之間的波紋。在其它實施例中，褶皺具有至少大約0.1微米或1微米或10微米或100微米或1mm或10mm或100mm的波紋。

在一些實施例中，微板包含鄰近于襯底的多個孔。所述襯底由金屬材料(例如鋁)形成，且所述多個孔至少部分地由聚合物基質(zhì)界定。在一些情況中，所述聚合物基質(zhì)界定每一個別孔。在其它情況中，所述聚合物基質(zhì)界定孔的一個或一個以上側(cè)壁，但孔的底部部分由襯底界定。在一些情況中，孔的底部部分包括鄰近于所述襯底的聚合材料層。

所述微板包含用于使得所述微板能夠與系統(tǒng)的匯流條電連通以促進電流流動穿過微板的指狀突出部(參見圖10)。在一些情況中，借助于經(jīng)配置以與多個匯流條接觸的指狀突出部的表面上的褶皺(或隆脊)而使微板與所述匯流條之間的電阻最小化且在一些情況中使所述電阻變?yōu)闅W姆的。微板的指狀突出部可緊密夾持到匯流條。

在一些情況中，微板包括經(jīng)形成而在其表面上具有波狀圖案借此形成褶皺的指狀件。所述褶皺可輔助移除形成于指狀件的一個或一個以上表面上的任何氧化物層，此輔助改進指狀件與匯流條之間的電接觸。

在一些情況中，用于促進PCR的系統(tǒng)可包含如本文中所描述的微板及用于測量所述微板的一個或一個以上區(qū)中的溫度的溫度傳感器。所述溫度傳感器可為與所述一個或一個以上區(qū)電接觸的一個或一個以上熱電偶。熱電偶可與熱區(qū)電接觸。或者，所述溫度傳感器可為用于測量所述微板的一個或一個以上區(qū)的溫度的紅外傳感器。所述紅外(“IR”)傳感器可為非接觸IR傳感器且經(jīng)配置以測量微板的金屬襯底的溫度。

所述系統(tǒng)可包含用于測量微板的溫度的至少1個或2個或3個或4個或5個或6個或7個或8個或9個或10個或15個或20個或30個或40個或50個或100個或更多傳感器。用于溫度測量的傳感器的數(shù)目可等于微板中的熱區(qū)的數(shù)目。舉例來說，所述系統(tǒng)可包含用于測量微板的九個熱區(qū)中的每一者中的溫度的九個傳感器。

溫度傳感器可提供對微板的熱區(qū)中的溫度的連續(xù)測量。在一些情況中，此可提供校準以實現(xiàn)較準確的讀數(shù)?；蛘撸瑴囟葌鞲衅骺商峁╅g歇溫度測量，例如至少每0.01秒、0.1秒、1秒、10秒、30秒、1分鐘、10分鐘、30分鐘、1小時、2小時、3小時、4小時、5小時、6小時、12小時、1天、2天或更多的溫度測量。所述傳感器可提供反饋以確定所述板的特定區(qū)需要多少熱。

在一些實施例中，跨越微板的溫度變化小于大約10℃或5℃或1℃或0.9℃或0.8℃或0.7℃或0.6℃或0.5℃或0.4℃或0.3℃或0.2℃或0.1℃或更低。此實現(xiàn)對溫度(或熱)區(qū)的界定以用于每一區(qū)中的準確熱控制。

本文中所提供的微板經(jīng)配置以用于用以實現(xiàn)PCR的加熱。一些實施例提供了與電子源電連通以實現(xiàn)加熱的微板，所述加熱可借助于電流(“電流(current)”)施加部件而提供。微板、電流施加裝置及用于使微板與電流施加裝置電接觸的任何其它設備(例如，匯流條)共同地界定電流路徑或電路(“電路(circuit)”)。所述電流施加裝置可經(jīng)配置以用于DC或AC操作模式。

參考圖2到5，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供具有24個孔的消耗品(中心)。還圖解說明電力供應單元(PSU)。所述PSU可為AC或DC電力供應單元。圖2到5圖解說明用于將熱提供到消耗品的各種變壓器驅(qū)動型式。在一些實施例中，提供使用1個或2個或3個或4個或5個或6個或7個或8個或9個或10個或11個或12個或13個或14個或15個或16個或17個或18個或19個或20個或21個或22個或23個或24個或更多變壓器驅(qū)動型式的系統(tǒng)。在一些實施例中，提供使用12個變壓器驅(qū)動器型式的系統(tǒng)。與圖2到5中的PSU的相關聯(lián)的箭頭指示作用中PSU在對應模式中的相對定相。不具有相關聯(lián)箭頭的一或若干PSU在所述模式中為關斷的。特定加熱型式隨PSU中的每一者的定相而變。

參考圖2，在PSU1、PSU2、PSU3及PSU4的相對定相的第一配置中，將熱提供到消耗品的頂部部分。參考圖3，在PSU1、PSU2、PSU3及PSU4的相對定相的第二配置中，將熱提供到消耗品的側(cè)部分。參考圖4，在PSU1、PSU2、PSU3及PSU4的相對定相的第三配置中，將熱提供到消耗品的左側(cè)(當從頂部看時)。參考圖5，在PSU1、PSU2、PSU3及PSU4的相對定相的第四配置中，將熱提供到消耗品的全部或大致全部。

在若干實施例中，消耗品的加熱型式可為所述消耗品的加熱速率與冷卻速率之間的平衡的結(jié)果。也就是說，如果消耗品的中心比其被加熱更快速地被冷卻，那么將接著發(fā)生冷卻效應。如果消耗品的側(cè)比中心更快速地被加熱，那么所述中心將相對于消耗品的側(cè)保持較冷。在若干實施例中，加熱速率及冷卻可取決于各種因素，例如，熱轉(zhuǎn)移模式(即，傳導性、對流性或輻射性)及所述模式之間的相互作用；熱轉(zhuǎn)移系數(shù)；熱質(zhì)量；初始溫度及PSU電力。

參考圖2到5，電流的流動可產(chǎn)生預定加熱型式。穿過金屬板的不同電流路徑的使用可使得消耗品能夠用作用于區(qū)控制的板加熱區(qū)，從而實現(xiàn)對熱均勻性的主動控制。

在一些實施例中，借助于高壓空氣射流(例如1個或更多或2個或更多或3個或更多或4個或更多或5個或更多或10個或更多高壓空氣射流)從下面使所述板冷卻?？蓚€別地接通及關斷所述射流，且可控制空氣壓力以在冷卻時給出比例性。此可有效地給出對所施加冷卻功率的區(qū)控制。甚至在冷卻時，也可使用加熱系統(tǒng)來主動地維持總體熱均勻性。在一些實施例中，可從建筑物空氣供應源或小的局部壓縮器或通過使用具有脈寬調(diào)制(PWM)控制的4個小型空氣泵來供應經(jīng)壓縮空氣。在所有情況中，將所采用的壓力控制在0psi與50psi之間，且通過噴嘴(例如4個小的0.7mm直徑的噴嘴)將空氣引導到板的底部上，所述噴嘴產(chǎn)生穿透平坦板的邊界層的高速射流。

所述板的端的起皺；所述板在位于機器中時不僅提供用于測試樣本的容器，而且其為電阻性加熱元件。在電流流動穿過板的鋁基底之后，即刻誘發(fā)加熱。當與板的電阻相比時板與電路的其余部分之間的連接需要為低電阻，使得所誘發(fā)的加熱將不在電路的所述其余部分中發(fā)生。為了實現(xiàn)低電阻，將板的鋁指狀件(或指狀突出部)緊密夾持到高導電率匯流條上。此夾持可提供指狀件與匯流條之間的歐姆接觸，此可提供經(jīng)改進的加熱。除緊密夾持指狀件所需的力以外，還已將所述指狀件形成為在其表面中具有波狀圖案(褶皺)，使得在其被平坦地夾持時，在板的表面上存在擦拭作用，此破壞已涂覆其的任何氧化物或污染物，從而提供良好連接。

存在用以此布置的若干個要素，例如在重復做出的連接上提供>100牛頓的高力。此通過使用偏心肘節(jié)型夾來實現(xiàn)；所述夾可具有減小設置所述夾所需要的精確度的內(nèi)置彈簧系統(tǒng)?？墒褂闷渌鼕A持方法，例如液壓或螺絲夾持。夾持壓頭的輕微拱凸提供環(huán)形接觸環(huán)而非點或面接觸，此實現(xiàn)高接觸力及優(yōu)選接觸面積兩者以幫助提供可重復低電阻連接。將起伏置于板的表面中夾的區(qū)域中使得材料能夠在其被夾壓頭平坦地擠壓時跨越夾持表面移動及擦拭。可在各種連接器上使用此擦拭過程來產(chǎn)生低電阻觸點。在一些情況中，可擠壓預成型件。預成型件的大小及深度在確定擦拭作用時可為重要的。借助于褶皺，可使微板與匯流條之間的電阻最小化，且在一些情況中最小化到低于具有微板及電流施加裝置的電路的電阻。

在一些實施例中，可使用3×3熱電堆型非接觸傳感器陣列從板下面測量板的溫度。在另一實施例中，可借助于至少1個或2個或3個或4個或5個或6個或7個或8個或9個或10個或11個或12個或13個或14個或15個或16個或17個或18個或19個或20個或21個或22個或23個或24個或25個或26個或27個或28個或29個或30個或31個或32個或33個或34個或35個或36個或更多熱電堆型非接觸傳感器進行溫度測量。在另一實施例中，可借助經(jīng)選擇以與孔的數(shù)目匹配的數(shù)目個傳感器來進行溫度測量。

圖6展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的安裝塊上的傳感器。板的底部具有環(huán)氧底漆涂層以歸一化所述板的紅外發(fā)射率，此可輔助準確的傳感器測量?？山柚诓僮鞯伛詈系脚c一個或一個以上孔熱接觸的熱電偶的系統(tǒng)進行溫度測量。

在一些實施例中，傳感器與加熱區(qū)之間不存在一對一映射。在另一實施例中，計算機使用來自傳感器的信息從預定數(shù)目個經(jīng)編程選項(例如12個經(jīng)編程選項)選擇最優(yōu)變壓器驅(qū)動型式。在另一實施例中，大約每秒50次地更新變壓器驅(qū)動型式。在另一實施例中，至少大約每秒5或10或20或30或40或50或60或70或80或90或100次地更新變壓器驅(qū)動型式。

溫度的紅外熱電堆測量；一個實施例使用非接觸紅外傳感器陣列來測量板的鋁基底板的溫度。在當前陣列中存在用以測量所述板的九個區(qū)中的溫度的9個傳感器。這些溫度用以控制加熱系統(tǒng)且產(chǎn)生所要的加熱型式。紅外傳感器為行業(yè)標準部件，但作為標準其僅可在大約1度的準確度內(nèi)進行測量。期望獲得所述測量準確度的倍數(shù)；因此一個實施例跨越一范圍個別地校準每一傳感器，接著使用此信息來計算更準確的讀數(shù)。傳感器的此“校準”需要測量若干個點且使用這些點來填充在其之間外推的算法以給出更準確的值。至少部分地基于“校準”的使用與算法的組合來實現(xiàn)較準確的讀數(shù)，此實施例為有利的。

加熱控制算法；加熱系統(tǒng)由可以若干種不同方式加熱以將熱提供到多個區(qū)中的多區(qū)電阻性加熱元件組成。所述區(qū)的溫度由提供連續(xù)測量的非接觸紅外傳感器陣列測量。系統(tǒng)的控制為復雜的，因為無法通過以下兩者加熱僅一個區(qū)而不加熱其它區(qū)：通過使電流流動穿過所述區(qū)直接地及通過從相鄰區(qū)的熱轉(zhuǎn)移間接地。已開發(fā)出使用來自熱傳感器的反饋確定需要多少熱及何處需要熱而提供此復雜控制的算法。此算法不僅使所述板快速達到所要的溫度，而且其用于使跨越所述板的溫度變化保持為最小值使得所有測試樣本有效地經(jīng)歷相同實驗條件，這在試圖比較跨越測試板及不同板間的結(jié)果時是重要的。此處的新穎性在于算法的實際本質(zhì)以及其使用。

在一些實施例中，提供用于控制板及與所述板熱連通的消耗品的加熱及冷卻的系統(tǒng)。在另一實施例中，提供用于控制板及與所述板熱連通的消耗品的加熱及冷卻的具有軟件的系統(tǒng)。在另一實施例中，提供用于跨越板的作用區(qū)維持熱均勻性同時遵循經(jīng)編程溫度分布曲線的系統(tǒng)。

在一些實施例中，當用戶已給板上的管填充試劑時，使用蓋(例如透明密封膜)密封所述管的頂部。此可允許從板上面進行熒光測量以遵循PCR的進展?？墒褂秒姾神詈涎b置(CCD)相機來記錄熒光輸出。所述CCD相機可具有濾光輪?？赏ㄟ^一個或一個以上激發(fā)源(例如具有濾光片的發(fā)光二極管(LED))來提供用于激發(fā)的輻射。

作為替代方案，可借助于采用珀耳帖加熱的加熱裝置來加熱或冷卻微板。在一些情況中，圖1的微板可借助于在所述微板的底側(cè)附近的珀耳帖加熱元件來使用。在此情況中，金屬板可準許到微板的孔(或室)中的每一者的熱轉(zhuǎn)移。在一些情況中，微板可與珀耳帖加熱元件熱連通，此可在電能的消耗之后即刻逆著溫度梯度將熱從加熱元件的一側(cè)轉(zhuǎn)移到加熱元件的另一側(cè)。

圖7展示具有經(jīng)化學摻雜為n型(“N”)705或p型(“P”)710的多個含半導體元件(或“小球”)的珀耳帖加熱元件700。

圖8展示微板800，在微板800下面具有珀耳帖加熱裝置801。珀耳帖加熱裝置801可包含p型半導電(或“半導體”)材料805及n型半導電(或“半導體”)材料810及連接n型半導體與p型半導體對的導電材料815。珀耳帖加熱裝置801可包含n型半導體及p型半導體上方的熱絕緣材料層。所述熱絕緣材料層可為陶瓷材料。珀耳帖加熱裝置801可對微板800(包含微板800的孔(或室))提供加熱或冷卻。在一些情況中，如上文所描述，除使電流穿過微板800以外，還可借助于珀耳帖加熱裝置801來加熱微板800。

作為另一替代方案，可使圖1的微板在所述微板的底側(cè)上(例如，鄰近于微板的金屬板)與電阻性、輻射性或?qū)α餍约訜嵫b置接觸以將加熱(或冷卻)提供到所述微板的一個或一個以上孔。在一些情況中，可使圖1的微板在底側(cè)上與夾加熱裝置接觸。所述夾加熱裝置可結(jié)合借助于引導穿過微板的電流供應的加熱使用，如上文所描述。

在一些情況中，本文中所提供的加熱裝置可用于加熱及冷卻兩者。舉例來說，圖7及8的珀耳帖加熱裝置可用于從微板的一個或一個以上孔移除熱，舉例來說，通過調(diào)整穿過珀耳帖加熱裝置的含半導體元件的電流的流動方向。作為另一實例，可通過減小加熱裝置的加熱速率來提供冷卻，借此使得能夠借助于對流性、傳導性或輻射性熱轉(zhuǎn)移冷卻到擬穩(wěn)態(tài)溫度。

用于形成微板的方法

本發(fā)明的另一方面提供用于形成微板的方法。本文中所提供的微板可包含具有一種或一種以上金屬的襯底。在一些實施例中，此些襯底可包含鋁、氧化鋁、含鋁合金或復合材料。在一些情況中，此些襯底包含鋁?？赏ㄟ^與襯底電接觸的電極將電流提供到襯底。在一些情況中，可向鋁襯底提供低電阻或大致低電阻電觸點以將電流提供到鋁襯底且穿過所述鋁襯底。

在一些情況中，鋁襯底可以小于或等于大約5m-Ω或10m-Ω或15m-Ω或20m-Ω或25m-Ω或30m-Ω或35m-Ω或40m-Ω的結(jié)電阻與電觸點(或電極)電連通，其中1m-Ω等于1×10^-6Ω。此些電觸點可具有低濃度的含鋁氧化物(例如氧化鋁AlO_x)，其中‘x’為大于零的數(shù)值。

在一些情況中，在制造具有鋁襯底的微板之后，可即刻在鋁襯底的用于提供襯底的電觸點的區(qū)域中壓制形成波紋。舉例來說，如果期望六個電觸點區(qū)域，那么六個電觸點區(qū)域中的每一者可在形成所述電觸點區(qū)域之前成波紋的。此成波紋可破壞可形成于鋁襯底的表面上的任何氧化鋁，借此提供鋁襯底的低電阻或大致低電阻電觸點。

在一些實施例中，借助于一裸片或多個裸片形成微板的一個或一個以上組件。在一些情況中，通過機械冷成型處理(例如鍛造(例如，模鍛))來形成微板。舉例來說，可使用機械冷成型處理來形成圖1的微板的金屬板。在微板的孔由聚合材料形成的情況中，可使用擠出或注射模制來形成所述孔。

PCR系統(tǒng)

本發(fā)明的另一方面提供用于樣本處理(包含用于PCR的加熱)的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包含具有中央處理的控制器、存儲器(隨機存取存儲器及/或只讀存儲器)、數(shù)據(jù)存儲單元(例如，硬驅(qū)動器)、通信端口(COM PORTS)及輸入/輸出(I/O)模塊(例如I/O接口)。所述處理器可為中央處理單元(CPU)或用于并行處理的多個CPU。所述存儲器及/或數(shù)據(jù)存儲單元可具有用于實施本文中所提供的方法(例如用于PCR的加熱方法)的機器可讀代碼。

圖9展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于使用本文中所提供的微板調(diào)節(jié)PCR的系統(tǒng)900。系統(tǒng)900包含處理器901、存儲器902、輸入/輸出模塊903、通信接口904及數(shù)據(jù)存儲單元905。系統(tǒng)900可操作地耦合到用于將用戶接口907呈現(xiàn)給對系統(tǒng)900進行操作的用戶的顯示器906。在一些情況中，用戶接口907為具有一個或一個以上文本、圖形、音頻與視頻元件的圖形用戶接口(GUI)。顯示器906可為觸摸屏，例如電容性觸摸屏或電阻性觸摸屏。在一些實施例中，顯示器906鄰近于系統(tǒng)900安置。在其它實施例中，顯示器906遠離系統(tǒng)900安置。

系統(tǒng)900操作地耦合到用于使用本文中所提供的微板執(zhí)行PCR的PCR系統(tǒng)908。PCR系統(tǒng)908可包含用于使得系統(tǒng)900能夠在PCR期間借助于PCR系統(tǒng)908進行溫度測量的傳感器(例如，熱電偶)。

存儲器902可為隨機存取存儲器(RAM)或只讀存儲器(ROM)(此處僅舉幾例)或硬驅(qū)動器。所述存儲器可包含用于實施用于使用PCR系統(tǒng)908執(zhí)行PCR的方法的機器可讀代碼。在一些實施例中，存儲器902包含用于執(zhí)行可包含隨時間而變的溫度區(qū)分布曲線的一個或一個以上溫度分布曲線的機器可讀代碼。

在一實例中，用戶將具有樣本的PCR微板輸入到PCR系統(tǒng)908中。所述PCR微板可如本文中所描述。借助于所述顯示器的用戶接口907，用戶請求系統(tǒng)900起始樣本處理且對樣本執(zhí)行PCR。系統(tǒng)900執(zhí)行存儲于存儲器902上的代碼以向樣本提供經(jīng)編程溫度分布曲線(例如，斜升速率)以進行PCR。

系統(tǒng)900可與用于容納數(shù)據(jù)或提供用于PCR的指令的遠程系統(tǒng)有線或無線通信(參見下文)?？捎删W(wǎng)絡接口來促進來往于所述系統(tǒng)的通信，所述網(wǎng)絡接口通過內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或因特網(wǎng)(例如，萬維網(wǎng))使所述系統(tǒng)與遠程系統(tǒng)通信。

可以編程來體現(xiàn)本文中所提供的系統(tǒng)及方法的方面。可將所述技術(shù)的各種方面視為通常呈可在一類型的機器可讀媒體上載運或以所述機器可讀媒體體現(xiàn)的可執(zhí)行代碼及/或相關聯(lián)數(shù)據(jù)的形式的“產(chǎn)品”或“制品”。“存儲”型媒體可包含計算機的有形存儲器、處理器等或其相關聯(lián)模塊中的任一者或全部，例如可在任何時間提供用于軟件編程的非暫時存儲的各種半導體存儲器、磁帶驅(qū)動器、磁盤驅(qū)動器等。有時可通過因特網(wǎng)或各種其它電信網(wǎng)絡來傳遞軟件的全部或部分。舉例來說，此些通信可使得能夠?qū)④浖囊粋€計算機或處理器加載到另一者中，舉例來說，從管理服務器或主機計算機加載到應用程序服務器或強度變換系統(tǒng)的計算機平臺中。因此，可承載軟件元件的任何類型的媒體包含例如跨越本地裝置之間的物理接口通過有線及光學陸線網(wǎng)絡及經(jīng)由各種空中鏈路使用的光波、電波及電磁波。還可將載運此些波的物理元件(例如有線或無線鏈路、光學鏈路等)視為承載軟件的媒體。如本文中所使用，除非限制于非暫時有形“存儲”媒體，否則例如計算機或機器“可讀媒體”的術(shù)語指代參與將指令提供到處理器以用于執(zhí)行的任何媒體。

因此，例如計算機可執(zhí)行代碼的機器可讀媒體可采取許多形式，包含但不限于有形存儲媒體、載波媒體或物理傳輸媒體。舉例來說，非易失性存儲媒體包含例如可用于實施圖式中所展示的數(shù)據(jù)庫的光盤或磁盤，例如任何計算機等中的存儲裝置中的任一者。易失性存儲媒體包含動態(tài)存儲器，例如此計算機平臺的主存儲器。有形傳輸媒體包含同軸電纜、銅導線及光纖，包含包括計算機系統(tǒng)內(nèi)的總線的導線。載波傳輸媒體可采取電信號或電磁信號或聲波或光波的形式，例如在射頻(RF)及紅外(IR)數(shù)據(jù)通信期間產(chǎn)生的那些。因此，舉例來說，常見形式的計算機可讀媒體包含：軟盤、柔性盤、硬盤、磁帶、任何其它磁性媒體、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其它光學媒體、穿孔卡片、紙帶、具有孔圖案的任何其它物理存儲媒體、RAM、ROM、PROM及EPROM、快閃EPROM、任何其它存儲器芯片或卡匣、輸送數(shù)據(jù)或指令的載波、輸送此載波的纜線或鏈路或計算機可從其讀取編程代碼及/或數(shù)據(jù)的任何其它媒體。在將一個或一個以上指令的一個或一個以上序列載運到處理器以用于執(zhí)行時可涉及這些形式的計算機可讀媒體中的許多。

本發(fā)明的另一方面提供用于進行PCR的方法，其中來自反應的數(shù)據(jù)(例如，熒光信息、所測量溫度)、用于進行PCR的指令(例如，斜升速率、預定溫度分布曲線)及用于處理所述數(shù)據(jù)的指令中的一者或一者以上遠程地或在可裝卸裝置上位于微板上。此可實現(xiàn)即插即用PCR，其中可在不需要額外設置的情況下跨越各種平臺執(zhí)行PCR。

在一些情況中，可裝卸裝置可經(jīng)配置以與用于進行PCR的系統(tǒng)(例如圖9的系統(tǒng)900)介接。在一實例中，所述可裝卸裝置為通用串行總線(USB)驅(qū)動器(例如，USB棒)或可裝卸存儲器磁盤(例如，快閃驅(qū)動器)。在另一實例中，所述可裝卸磁盤為經(jīng)配置以與串行高級技術(shù)附件接口(例如，小型SATA或M-SATA)或個人計算機存儲器卡國際協(xié)會(PCMCIA，也稱PC卡)接口介接的緊湊快閃磁盤或裝置。

在一些情形中，在可裝卸裝置上提供控制指令及分析指令兩者以允許用戶開展實驗且與用于進行PCR反應的熱循環(huán)儀無關地分析結(jié)果。用于實施PCR的機器可讀指令可位于可裝卸裝置上。在一些實施例中，可裝卸磁盤包含使得能夠識別與可裝卸裝置介接的硬件(或系統(tǒng)，例如系統(tǒng)900)的類型的指令及/或命令(例如，以機器可讀代碼體現(xiàn))。所述可裝卸裝置可包含用于對硬件執(zhí)行PCR的處理指令。所述處理指令可基于耦合到可裝卸裝置的系統(tǒng)的類型及/或樣本的類型而預定。所述可裝卸裝置可幫助識別其被插入到其中的硬件的類型且提供預定命令/接口以在不必安裝于所述硬件上的情況下直接對所述硬件進行PCR。

一些實施例提供可裝卸裝置及位于可裝卸裝置上的經(jīng)配置以在各種平臺上操作的軟件。測試系統(tǒng)軟件容納控制程序及分析程序兩者使得用戶可開展所述用戶的實驗且獲悉結(jié)果。當在機器本身上操作時，也期望其將遠程地操作以使得能夠遠離測試系統(tǒng)發(fā)生實驗設計及結(jié)果分析。此軟件可駐存于可裝卸裝置上，例如USB棒、其它可裝卸存儲器磁盤(例如，緊湊快閃、M-SATA或PCMCIA裝置)。

此些系統(tǒng)及裝置提供各種優(yōu)點。舉例來說，在可裝卸裝置上具有命令及/或指令可排除對任何額外安裝的需要。在此些情況中，可在不需要管理員特權(quán)的情況下進行PCR，且可在不必安裝于機器上的情況下在所述機器上執(zhí)行所述PCR。此提供用于樣本處理的統(tǒng)一平臺，因為設置用于對特定樣本的PCR的系統(tǒng)(例如，系統(tǒng)900)可不需要硬件及/或軟件升級或安裝?？裳b卸媒體可存儲數(shù)據(jù)文件及程序兩者以便實現(xiàn)兼容性。

本文中所提供的PCR系統(tǒng)經(jīng)配置以用于在各種軟件平臺(例如基于Windows的操作系統(tǒng)(例如，Windows 7)及基于Linux的操作系統(tǒng)(例如，Mac OS X))上的安裝及操作。本文中所提供的系統(tǒng)可在便攜式電子裝置上實施，例如膝上型計算機、智能電話(例如，Apple)及平板計算機(例如，Apple)。在一些情況中，此些系統(tǒng)可與用于PCR的外圍裝置(例如加熱系統(tǒng)(例如，與微板連通以界定電路的電流施加裝置))通信。此可提供用于跨越各種平臺的就緒辨識的接口。

本文中所提供的PCR系統(tǒng)可為平臺無關的。在一些情形中，只要系統(tǒng)可接受可裝卸存儲器裝置，則將能夠運行軟件且進行PCR。在一些情況中，所有信息均存儲于可裝卸裝置上使得在運行軟件的平臺上不保存任何內(nèi)容，此可減少(如果不消除)數(shù)據(jù)安全問題。從可裝卸裝置傳送數(shù)據(jù)及應用程序，且系統(tǒng)提供計算能力及相關聯(lián)輔助功能，例如用戶接口及打印。

或者，PCR命令及/或指令存儲于遠程服務器(即，“云”)處且由系統(tǒng)(例如，系統(tǒng)900)通過網(wǎng)絡接口(例如有線或無線接口)存取。用戶可通過提供如本文中所描述的具有樣本的微板并使用系統(tǒng)來檢索用于進行PCR的必需指令而運行PCR。在PCR的進程中搜集的數(shù)據(jù)可存儲于系統(tǒng)上且隨后上載到具有數(shù)據(jù)存儲單元的遠程服務器。

或者，PCR命令及/或指令存儲于集成于微板中的存儲器裝置上。所述微板經(jīng)配置以與用于進行PCR的系統(tǒng)(例如圖9的系統(tǒng)900)介接。所述系統(tǒng)可包含用于辨識存儲器裝置且隨后針對樣本處理準備所述系統(tǒng)的讀取器。在一些實施例中，所述存儲器裝置為電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)。

用戶接口

本發(fā)明的另一方面提供用于使得用戶能夠設置用于PCR的系統(tǒng)、監(jiān)視PCR及檢視PCR結(jié)果的用戶接口。在一些情況中，所述用戶接口為具有一個或一個以上文本、圖形、音頻與視頻元件(例如用于使得用戶能夠設置PCR任務、監(jiān)視PCR的進程、審查結(jié)果及進行數(shù)據(jù)分析的菜單元件)的圖形用戶接口(GUI)。所述GUI可促進PCR實驗的實施。圖11到17圖解說明允許PCR結(jié)果的就緒分析及可視化的GUI的屏幕截圖，如本文中所描述。圖11到17的GUI可在本文中所提供的系統(tǒng)(例如圖9的系統(tǒng)900)上實施且借助于顯示器(例如圖9的顯示器906)呈現(xiàn)給用戶。

圖11展示具有各種菜單選項(包含“開始測試”及“分析”)的GUI。用戶可選擇開始測試選項以在耦合到具有所述GUI的系統(tǒng)的微板中起始樣本的PCR。所述用戶可選擇分析以分析PCR數(shù)據(jù)?？山柚谥赶蜓b置(例如鼠標或在其中GUI顯示于觸摸屏上的情況中用戶的手指)選擇所述菜單選項。

在圖12中，用戶已選擇開始測試且系統(tǒng)向用戶呈現(xiàn)子菜單選項，包含模板及歷史。用戶可選擇模板以存取用于執(zhí)行PCR的各種測試模板?；蛘撸脩艨蛇x擇待審查的歷史(舉例來說，PCR歷史)，例如在特定時間點處進行了何種測試。此數(shù)據(jù)可存儲于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲庫中。用戶可選擇標準測試以繼續(xù)設置系統(tǒng)以進行PCR。

參考圖13，在標準測試下，系統(tǒng)向用戶呈現(xiàn)各種PCR選項，此請求用戶選擇PCR的類型(“選擇PCR類型”)。所述系統(tǒng)向用戶呈現(xiàn)各種PCR類型選項，包含RICTOR、PKC、Rac、Rho、Akt及RHEB。用戶可選擇PCR類型選項。接下來，參考圖14，系統(tǒng)向用戶呈現(xiàn)各種化學類型(“CHEMISTRY TYPE”)，例如ABI、Fast Advanced Master Mix及Gene Expression Master Mix。接下來，參考圖15，系統(tǒng)向用戶呈現(xiàn)托盤設定(“TRAY SETTINGS”)且使得用戶能夠選擇所關注基因(“GENES OF INTEREST”)，例如mTOR或RAPTOR。接下來，參考圖16，系統(tǒng)向用戶呈現(xiàn)熱分布曲線選項，包含開始溫度及目標溫度。用戶可從預定選項進行選擇或手動地輸入溫度設定。系統(tǒng)接著向用戶呈現(xiàn)確認屏幕，如圖17中所展示。所述確認屏幕展示系統(tǒng)將在PCR中使用的每循環(huán)的溫度分布曲線、循環(huán)的數(shù)目(“重復”)、托盤設定(在圖17中已選擇“24個孔”)以及其它設定。所述溫度分布曲線為定制溫度分布曲線，但如果期望，那么可使用預定設定。所述系統(tǒng)給用戶提供改變設定或繼續(xù)進行PCR(“運行測試”)的選項。

實例1：經(jīng)涂覆金屬板

由塊體經(jīng)處理材料大規(guī)模地生產(chǎn)標稱0.4mm厚的金屬板，其中金屬錠(例如，5噸金屬錠)進入工藝且在連續(xù)操作中被軋制及涂覆。所述材料為被軋制到半硬狀態(tài)且接著在一側(cè)上(例如，頂部側(cè))上用聚丙烯兼容材料涂覆到大約10微米的標稱厚度的鋁合金。此材料允許將聚丙烯熱密封(或焊接)到金屬板且不抑制PCR。用環(huán)氧底漆將薄片的另一側(cè)(底部)涂覆到5微米的標稱厚度。存在此情形以使薄片的底部側(cè)的紅外發(fā)射率歸一化。將材料分成160mm寬的條帶且以盤繞形式供應到其中生產(chǎn)個別板的自動沖壓線。接著在板的端處從接觸指狀件選擇性地移除環(huán)氧涂層以允許進行電接觸。

實例2：聚丙烯模制

為了含納放置于板上的液體樣本，將由垂直管結(jié)構(gòu)陣列組成的聚丙烯模制件焊接到實例1的金屬板。聚丙烯模制件由多個管形成以界定樣本區(qū)域(或孔)。所述管的大小及圖案可為用戶選擇的問題；可使用裝配于板的中間的經(jīng)主動溫度控制的區(qū)域內(nèi)的任何圖案。選擇了兩個常見的選項：9mm間距的6×4管陣列及4.5mm間距的8×12陣列。整個組合件重10.5g且可容易循環(huán)。適合于單次使用的物項，消耗品的制造成本為低的。

盡管已將某些微板描述為可消耗或可循環(huán)，但將了解，在一些情況中，此些微板不需要為可消耗或可循環(huán)的。在一些實施例中，此些微板可為可再使用的、不可消耗的或不可循環(huán)的。

本文中所提供的系統(tǒng)及方法可與其它系統(tǒng)及方法組合或通過其它系統(tǒng)及方法修改。舉例來說，本文中所提供的系統(tǒng)及方法可與以下文獻中所描述的系統(tǒng)及方法組合或通過所述系統(tǒng)及方法修改：頒予甘特(Gunter)的第6,635,492號美國專利(“加熱試樣載體(Heating specimen carriers)”)及頒予甘特的第6,949,725號美國專利(“試樣載體的區(qū)加熱(Zone heating of specimen carriers)”)及頒予甘特的第WO/2001/072424號PCT公開案(“加熱試樣載體(Heating specimen carriers)”)、頒予甘特的第WO/1997/026993號PCT公開案(“加熱(Heating)”)、頒予甘特的第WO/2005/058501號PCT公開案(“加熱試樣載體中的樣本(Heating samples in specimen carriers)”)及頒予甘特的第WO/2003/022439號PCT公開案(“試樣載體的區(qū)加熱(Zone heating of specimen carriers)”)，所述專利及專利公開案均以引用的方式完全并入本文中。

根據(jù)前文應理解，盡管已圖解說明及描述了特定實施方案，但可對其做出各種修改且所述修改涵蓋于本文中。本發(fā)明也并非打算由說明書內(nèi)所提供的特定實例限制。盡管已參考前述說明書描述了本發(fā)明，但本文中的優(yōu)選實施例的描述及圖解說明并非意在解釋為限制性意義。此外，應理解，本發(fā)明的所有方面并不限制于本文中所闡述的特定描繪、配置或相對比例，此取決于多種條件及變量。所屬領域的技術(shù)人員將明了本發(fā)明的實施例在形式及細節(jié)上的各種修改。因此，預期本發(fā)明也應涵蓋任何此類修改、變化及等效形式。