用于操作熱循環(huán)器模塊的方法和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的制作方法
【專利摘要】公開了用于操作熱循環(huán)器模塊的方法和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述方法包括：獲得與熱循環(huán)器模塊陣列中的選擇的熱循環(huán)器模塊相關(guān)的預(yù)定溫度對(duì)時(shí)間分布圖，所述熱循環(huán)器陣列包括所述選擇的熱循環(huán)器模塊和一組熱循環(huán)器模塊；以及通過處理器控制所述一組熱循環(huán)器模塊中的所述熱循環(huán)器模塊，以使它們的性能匹配所述預(yù)定溫度對(duì)時(shí)間分布圖，使用在所述陣列中的所述熱循環(huán)器模塊之間的變動(dòng)源，控制所述一組熱循環(huán)器模塊中的每個(gè)所述熱循環(huán)器模塊。
【專利說明】用于操作熱循環(huán)器模塊的方法和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)
[0001]本申請(qǐng)為下述申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，
[0002]原申請(qǐng)的申請(qǐng)日(國際申請(qǐng)日):2011年7月22日，
[0003]原申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)?201180045939.4 (國際申請(qǐng)?zhí)?PCT/US2011/045107)，
[0004]原申請(qǐng)的發(fā)明名稱:包含分析單元的系統(tǒng)和方法。
[0005]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0006]本申請(qǐng)要求在2010年7月23日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)61/367，343的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，為了所有的目的而在此結(jié)合該臨時(shí)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0007]許多核酸序列具有臨床相關(guān)性。例如，與傳染性的生物體有關(guān)的核酸序列通過生物體提供傳染存在的指示。一般沒有在病人樣本中表達(dá)的核酸序列可以指示與疾病或者其他癥狀有關(guān)的途徑的激活。其他核酸序列仍然可以指示在病人對(duì)推薦療法的可能響應(yīng)中的差異。
[0008]臨床相關(guān)的核酸的判定通常取決于控制的特定核酸序列的擴(kuò)增以及擴(kuò)增產(chǎn)品的檢測(cè)。對(duì)于準(zhǔn)備就緒的判定，擴(kuò)增通過生成在樣本中找到的足夠的核酸副本來改進(jìn)分析的靈敏度。擴(kuò)增同樣可以通過僅僅選擇性地生成臨床感興趣的那些核酸來改進(jìn)分析特異性。特別當(dāng)擴(kuò)增生成大量目標(biāo)核酸序列的副本時(shí)，利用基于擴(kuò)增的判定的問題是可能的事，來自一個(gè)樣本的這些副本中的一些副本可能污染其他樣本，從而產(chǎn)生明顯提升的結(jié)果，在該明顯提升的結(jié)果中，沒有目 標(biāo)核酸序列原始地存在于樣本中。
[0009]其他污染源可能影響核酸的判定。樣本之間的遺留物可能促成污染材料。擴(kuò)增混合物可以從在表面上傳送的或由化驗(yàn)員傳送的或由浮質(zhì)傳送的環(huán)境源中接收污染材料。在一些情況下，無意識(shí)的試劑傳送，諸如不合適的擴(kuò)增引物，可能污染混合物并導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。擴(kuò)增混合物同樣可以通過目標(biāo)核酸的不完全凈化而保留原始存在于樣本中的干擾物質(zhì)。因此，需要避免來自各種來源的污染材料的傳送和保留的核酸分析的自動(dòng)化。
[0010]臨床實(shí)驗(yàn)室工作流程是醫(yī)療護(hù)理運(yùn)送的結(jié)果并在公共機(jī)制之間變化。門診或者大的聯(lián)合醫(yī)療可以在一天中以相對(duì)恒定的速率生成病人試樣。與此相反，臨床參考實(shí)驗(yàn)室可以在一到兩個(gè)運(yùn)送中接收它所有的試樣，并且大醫(yī)院可以在全天通過早晨抽入的由不規(guī)則的樣本流補(bǔ)充的大量血液生成試樣。大多數(shù)核酸分析試樣以與請(qǐng)求化驗(yàn)的類型無關(guān)的序列到達(dá)臨床實(shí)驗(yàn)室。在一些情況下，選擇的試樣可以是具有取決于結(jié)果的直接或者關(guān)鍵性的治療決定的高優(yōu)先級(jí)。其他試樣可以是更日常的優(yōu)先級(jí)。根據(jù)個(gè)別的實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐，諸如實(shí)驗(yàn)室控制的非試樣樣本可能被散布在臨床試樣中。在一些情況下，試劑的耗盡或者特別多的試劑的耗盡可以支配控制和校準(zhǔn)樣本的插入，而不管隊(duì)列中的其他樣本。
[0011]因此，需要具有靈活的和可調(diào)整的操作能力以便匹配臨床實(shí)驗(yàn)室的不可預(yù)知的需求的分析系統(tǒng)。
[0012]核酸分析使用試樣類型的混合來判定來自各種源生物體的多個(gè)分析物。這些輸入驅(qū)動(dòng)各種處理要求。例如，RNA和DNA具有不同的化學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性；它們的制備可以使用不同的處理攝生法、不同的酵素以及不同的熱條件。堿基序列和目標(biāo)分析物的長度兩者影響結(jié)合能，并且由此影響處理。用于擴(kuò)增的互補(bǔ)的低聚核苷酸的長度和序列進(jìn)一步影響擴(kuò)增條件。
[0013]分析目標(biāo)的不同的源生物體可以要求不同的步驟來釋放或者分離核酸序列。例如，從革蘭氏陽性細(xì)菌中釋放DNA序列可能使用提升的溫度，該提升的溫度不用于從相對(duì)不穩(wěn)定的白血球中釋放的DNA序列。
[0014]因此，需要能夠自由地混雜多種處理規(guī)程的分析系統(tǒng)，每個(gè)處理規(guī)程由多種處理步驟組成。存在試圖致力于以上描述的一些問題的技術(shù)。
[0015]Russel/Higuchi 在 US5994056, Homogeneous Methods for Nucleic AcidAmplification and Detection (用于核酸擴(kuò)增和檢測(cè)的均勻方法)中描述了用于使用諸如聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)方法的核酸檢測(cè)的改進(jìn)方法。Higuchi描述了用于同時(shí)擴(kuò)增和檢測(cè)以提高在先方法的速度和精確度的方法。該方法提供在擴(kuò)增反應(yīng)期間用于監(jiān)視產(chǎn)物DNA的增加的手段。根據(jù)說明書，在啟動(dòng)擴(kuò)增反應(yīng)時(shí)沒有打開反應(yīng)容器的情況下，以及在該反應(yīng)之后沒有任何附加操控或者操縱步驟的情況下，檢測(cè)擴(kuò)增的核酸。
[0016]K.Rudi 等人在 1997 年 3 月的 BioTechniques22 (3)的第 506-511 頁中描述了Rapid, Universal Method to Isolate PCR-Ready DNA Using Magnetic Beads (使用磁性珠來分離PCR就緒的DNA的快速通用方法)。Rudi等人描述了將用于快速DNA分離的基于磁性珠的裝備(Dynabeadss DNA DIRECT?;Dynal A.S.)應(yīng)用到各種生物體和組織，以便產(chǎn)生用于PCR就緒的DNA的凈化的常規(guī)途徑。在30分鐘以內(nèi)制備適合于PCR的DNA。
[0017]使核酸分析自動(dòng)化的系統(tǒng)具有悠久的歷史。集成平臺(tái)示范了自動(dòng)化分析和制備步驟的全部范圍，包括核酸分離，分離材料的擴(kuò)增以及擴(kuò)增產(chǎn)物的檢測(cè)。
[0018]例如，Bienhaus等人在US5746978,Devicefor Treating Nucleic Acids from aSample (用于處理來自樣本的核酸的裝置)中描述了使從其他樣本成分中分離核酸的處理步驟與用于核酸擴(kuò)增的步驟鏈接的單個(gè)裝置。該裝置包含用于個(gè)別的處理步驟的反應(yīng)室，一個(gè)室的出口附接于另一室的進(jìn)口。傳統(tǒng)的吸液儀器把容納核酸的樣本液體以及來自樣本和試劑存儲(chǔ)器皿的所有可能必需的試劑兩者傳送到該裝置中。Bienhaus等人描述了在使用ES分析器(由Boehringer Mannheim制造)測(cè)量的檢測(cè)反應(yīng)中的磁性分離、通過PCR或者NASBA的擴(kuò)增、以及使用混雜探針對(duì)PCR擴(kuò)增的互補(bǔ)。
[0019]P.Belgrader 等人在 1995 年的 BioTechniquesl9 (3)的第 427-432 頁中描述了Automated DNA Purification and Amplification from Blood-Stained Cards Using aRobotic Workstation (使用機(jī)器人工作臺(tái)的來自染血卡片的自動(dòng)化的DNA凈化和擴(kuò)增)。Belgrader等人介紹了可以進(jìn)行耦合的DNA凈化和擴(kuò)增的原型，一旦啟動(dòng)處理，就不需要用戶參與。將該方法實(shí)施到使用苯酚和異丙醇的Biomcks 1000機(jī)器人工作臺(tái)(Beckman儀器)的高處理量自動(dòng)化系統(tǒng)中，以便凈化染血卡片上的DNA。Biomek* 1000使用HCU (Biomck5板上的加熱器冷卻器單元)作為熱循環(huán)器來進(jìn)行DNA凈化和擴(kuò)增。Belgrader等人描述了下一個(gè)目標(biāo)是集成完全自動(dòng)化DNA類型系統(tǒng)的檢測(cè)步驟。
[0020]Patrick Merel 等人在 1996 年 Clinical Chemistry42,第 8 卷，第 1285-6 頁中描述了 Completely Automated Extraction of DNA from Whole Blood (來自全血的 DNA 的完全自動(dòng)化的提取)。Merel等人公開了組合使用Biomek? 2000 (Beckman儀器)以及DNADIRECT?(Dynal法國S.A.)，以便使用磁性顆粒分離來使DNA提取程序全自動(dòng)化。Merel等人使用幾個(gè)不同的PCR規(guī)程來評(píng)估獲得DNA的數(shù)量和質(zhì)量。Merel等人例行把描述的材料用于10分鐘的自動(dòng)化DNA提取程序、10分鐘的對(duì)于96個(gè)管的自動(dòng)化的PCR設(shè)置步驟、80分鐘的PCR、以及15分鐘的簡(jiǎn)單電泳分析。
[0021]Ammann 等人在 US6335166, Automated Process for Isolating and Amplifyinga Target Nucleic Acid Sequence (用于分離和擴(kuò)增目標(biāo)核酸序列的自動(dòng)化處理)中描述包含多個(gè)臺(tái)或者模塊的自動(dòng)化分析器，在該自動(dòng)化分析器中，在包含在反應(yīng)器具中的流體樣本上進(jìn)行離散方面的化驗(yàn)。分析器包含用于自動(dòng)制備試樣樣本、以規(guī)定溫度在規(guī)定周期內(nèi)培育樣本、進(jìn)行分析物分離過程、以及確定目標(biāo)分析物的存在的臺(tái)。自動(dòng)化器具輸送系統(tǒng)將反應(yīng)器具從一個(gè)臺(tái)移動(dòng)到下一個(gè)臺(tái)。Ammann同樣描述了用于進(jìn)行自動(dòng)化診斷化驗(yàn)的方法，該自動(dòng)化診斷化驗(yàn)包含用于分離和擴(kuò)增目標(biāo)分析物的自動(dòng)化處理。為了培育反應(yīng)器具的容納物以及為了把綁在載體上的目標(biāo)分析物從流體樣本中分離出來，通過在臺(tái)之間自動(dòng)化地移動(dòng)多個(gè)反應(yīng)器具中的每個(gè)反應(yīng)器具來進(jìn)行該處理，該反應(yīng)器具容納載體材料和流體樣本。在分析物分離步驟之后并且在最后培育步驟之前，擴(kuò)增試劑被添加到分離的分析物。
[0022]即使這種自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)是可利用的，進(jìn)一步的改進(jìn)是所希望的。尤其是，多個(gè)污染源繼續(xù)冒錯(cuò)誤的結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)。而且，需要完全核酸分析的多個(gè)步驟處理的復(fù)雜性可能產(chǎn)生處理瓶頸并且降低重復(fù)性，限制了回答報(bào)告周轉(zhuǎn)和處理靈活性。受限制的回答報(bào)告周轉(zhuǎn)可能增加開始適當(dāng)臨床治療的時(shí)間。對(duì)于廣闊的和可擴(kuò)展的測(cè)試菜單，處理靈活性的缺少限制了對(duì)在化驗(yàn)規(guī)程中變動(dòng)的支持。處理靈活性的缺少同樣可能迫使實(shí)驗(yàn)室以與臨床需要不符合的方式來排序或者分批處理樣本和試劑。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例個(gè)別地以及集中地致力于這些和其他問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]本發(fā)明實(shí)施例針對(duì)與樣本的 處理有關(guān)的系統(tǒng)、方法以及裝置，其中該樣本含有DNA或者RNA。本發(fā)明實(shí)施例包含用于判定特定核酸序列的全自動(dòng)化的、隨機(jī)訪問系統(tǒng)。
[0025]本發(fā)明另一實(shí)施例用于操作熱循環(huán)器模塊的方法，所述方法包括:獲得與熱循環(huán)器模塊陣列中的選擇的熱循環(huán)器模塊相關(guān)的預(yù)定溫度對(duì)時(shí)間分布圖，所述熱循環(huán)器陣列包括所述選擇的熱循環(huán)器模塊和一組熱循環(huán)器模塊；以及通過處理器控制所述一組熱循環(huán)器模塊中的所述熱循環(huán)器模塊，以使它們的性能匹配所述預(yù)定溫度對(duì)時(shí)間分布圖，使用在所述陣列中的所述熱循環(huán)器模塊之間的變動(dòng)源，控制所述一組熱循環(huán)器模塊中的每個(gè)所述熱循環(huán)器模塊。
[0026]本發(fā)明另一實(shí)施例針對(duì)用于在預(yù)定熱分布圖(B(t))中驅(qū)動(dòng)第一熱循環(huán)器的方法，所述第一熱循環(huán)器包含熱塊、熱耦接到所述熱塊的加熱器，以及引導(dǎo)空氣到所述熱塊的風(fēng)箱，所述方法包括:將所述熱塊溫度相對(duì)于時(shí)間的變化率(dB/dt)確定為加熱器輸出(ha)、風(fēng)箱傳熱(k)以及環(huán)境溫度(Ta)的函數(shù)；測(cè)量所述熱塊溫度；測(cè)量在所述熱循環(huán)器的所述環(huán)境溫度；以及根據(jù)建模關(guān)系dB/dt=ha+k(Ta-B(t))，調(diào)整所述加熱器輸出和所述風(fēng)箱傳熱中的一個(gè)。
[0027]以下進(jìn)一步詳細(xì)地描述這些和其他本發(fā)明的實(shí)施例。【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1 (a)顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儀器的前部立體圖。
[0029]圖1 (b)顯示儀器的部件的布局的俯視圖。
[0030]圖1 (C)是儀器的俯視圖。
[0031]圖1 (d)顯示儀器的局部前視圖。
[0032]圖2 Ca)顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的樣本呈遞單元的前部立體圖。
[0033]圖2 (b)顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的樣本呈遞單元推進(jìn)器盒的前部立體圖。
[0034]圖3 Ca)顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的樣本吸液管的前部立體圖。
[0035]圖3 (b)更詳細(xì)地顯示樣本吸液管的前部立體圖。
[0036]圖3 (C)顯示相容性耦合器的立體圖。
[0037]圖4 (a) -1顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的化驗(yàn)盒的頂部立體圖。
[0038]圖4 (a) -2顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的化驗(yàn)盒的頂部立體圖。
[0039]圖4 (b)顯示反應(yīng)孔的側(cè)橫截面視圖。
[0040]圖4 (C) -1顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的反應(yīng)孔的俯視圖。
[0041]圖4 (C) -2顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的反應(yīng)孔的俯視圖。
[0042]圖4 (d)顯示帶有支持突出部的化驗(yàn)盒的端部，該支持突出部嚙合盒滑架的推動(dòng)特征。
[0043]圖4 Ce)顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的膜穿孔器的前部立體圖。
[0044]圖4 Cf)顯示圖4 Cd)中的膜穿孔器在它與化驗(yàn)盒一起使用時(shí)的側(cè)橫截面視圖。
[0045]圖4 (g)顯示在一部分化驗(yàn)盒上的封蓋的橫截面立體圖。
[0046]圖4 (h)顯示在一部分化驗(yàn)盒上的封蓋的俯視圖。
[0047]圖4 (i)顯示能夠覆蓋一部分化驗(yàn)盒的封蓋的底部立體圖
[0048]圖4 (j)顯示多個(gè)反應(yīng)孔實(shí)施例的側(cè)橫截面視圖。微尖端和每個(gè)反應(yīng)孔設(shè)計(jì)一起顯不O
[0049]圖5 Ca)顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的反應(yīng)容器的頂部立體圖。
[0050]圖5 (b)顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的反應(yīng)容器的分解圖。
[0051 ]圖5 ( c )顯示本發(fā)明實(shí)施例的立體橫截面圖。
[0052]圖5 Cd)顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的反應(yīng)容器的立體圖。
[0053]圖6 (a)顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的毫尖端的立體圖。
[0054]圖6 (b)顯示毫尖端的安裝孔徑的橫截面視圖
[0055]圖6 (C)顯示毫尖端的固定到吸液管芯軸的部分。
[0056]圖7 Ca)顯示盒裝載單元的頂部立體圖。
[0057]圖7 (b)顯示盒裝載單元的局部頂部立體圖。
[0058]圖7 (c)顯示盒裝載單元呈遞通道的立體圖。
[0059]圖8 (a)顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的試劑存儲(chǔ)單元的前部立體圖。
[0060]圖8 (b)顯示一部分試劑存儲(chǔ)單元的前部立體圖。
[0061]圖8 (C)顯示試劑存儲(chǔ)單元的遠(yuǎn)端壁的內(nèi)部。
[0062]圖8 (b)顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的試劑存儲(chǔ)單元的前部立體圖。
[0063]圖8 Ce)顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的試劑存儲(chǔ)單元的一部分前部立體圖。[0064]圖8 (f)顯示試劑存儲(chǔ)單元的側(cè)立體橫截面視圖。
[0065]圖8 (g)顯示試劑存儲(chǔ)單元的另一側(cè)立體橫截面視圖。
[0066]圖8 (h)顯示試劑存儲(chǔ)單元的后部的立體橫截面視圖。
[0067]圖8 (i)顯示當(dāng)試劑存儲(chǔ)單元封蓋與試劑包400的密閉特征接合時(shí)的一部分試劑
存儲(chǔ)單元封蓋。[0068]圖9 (a)顯示一部分試劑包的頂部立體圖。
[0069]圖9 (b)顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的試劑包的分解圖。
[0070]圖9 (C)顯示試劑包的端部。
[0071]圖9 (d)顯示擋板蓋的頂部立體圖。
[0072]圖9 (e)顯不試劑包的一端的橫截面視圖。
[0073]圖10 Ca)和10 (b)公開在處理通道中的化驗(yàn)盒。
[0074]圖10 (C)公開在加熱通道中的化驗(yàn)盒。
[0075]圖10 (d)和10 (e)顯示處理通道加熱器的立體圖。
[0076]圖10 Ce)顯示處理通道加熱器的前視圖。
[0077]圖11顯示另一通道加熱器實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0078]圖12 (a)顯示在吸液管芯軸上的微尖端。
[0079]圖12 (C)顯示微尖端的立體圖。
[0080]圖12 (c) -1顯示具有通風(fēng)特征的微尖端的立體圖。
[0081]圖12 (C)-2顯示另一微尖端實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0082]圖13 (a)顯示微尖端存儲(chǔ)單元。
[0083]圖13 (b)顯示一部分微尖端存儲(chǔ)單元。
[0084]圖13 (C)顯示一部分微尖端存儲(chǔ)單元的平面圖。
[0085]圖13 (d)顯示微尖端支架的分解圖。
[0086]圖13 (e)顯示微尖端支架。
[0087]圖13 (f)顯示在微尖端存儲(chǔ)單元中的支架扣。
[0088]圖14 (a)顯示在廢料通道中的部件。
[0089]圖14 (b)顯示液壓氣動(dòng)組件。
[0090]圖14 (C)顯示廢料通道的立體圖。
[0091]圖14 (d)顯示傳送梭的立體圖。
[0092]圖14 (e)顯示傳送梭的特寫立體圖。
[0093]圖14 (f)顯示處理通道的前視圖。
[0094]圖14 (g)顯不本發(fā)明另一實(shí)施例的另一傳送梭。
[0095]圖15 Ca)顯示XYZ輸送裝置。
[0096]圖15 (b)顯示XYZ輸送裝置Y軸臂。
[0097]圖15 (C)顯不用于XYZ輸送裝置的Z軸升降機(jī)。
[0098]圖15(d)顯示 X’ 軸。
[0099]圖15 Ce)顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)。
[0100]圖16 (a)顯示熱循環(huán)器模塊的側(cè)立體圖。
[0101]圖16 (b)顯示熱循環(huán)器模塊的側(cè)橫截面視圖。[0102]圖16 (C)顯示帶有多個(gè)熱循環(huán)單元格的庫。
[0103]圖16 (d)顯示熱循環(huán)遮光板。
[0104]圖16 (e)顯不遮光板處于閉合位置的一部分熱循環(huán)器模塊的立體圖。
[0105]圖16 Cf)顯示當(dāng)對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)蓋處于閉合位置時(shí)遮光板處于打開位置的一部分熱循環(huán)器模塊的內(nèi)部側(cè)視圖。
[0106]圖16 (g)顯示當(dāng)對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)蓋處于打開位置時(shí)遮光板處于閉合位置的一部分熱循環(huán)器模塊的內(nèi)部側(cè)視圖。
[0107]圖16 (h) -1顯示滑動(dòng)蓋的內(nèi)部部件的局部的內(nèi)部立體圖。
[0108]圖16 (h)-2顯示滑動(dòng)蓋的內(nèi)部部件的側(cè)立體圖。
[0109]圖16 (i)_l顯示在熱循環(huán)器模塊中的滑動(dòng)蓋的側(cè)橫截面視圖，其中滑動(dòng)蓋處于閉
合位置。
[0110]圖16 (i)-2顯示在熱循環(huán)器模塊中的滑動(dòng)蓋的側(cè)橫截面視圖，其中滑動(dòng)蓋處于打開位置。
[0111]圖16 (j)-16 (m)顯示被配置成操縱滑動(dòng)蓋的夾住特征。
[0112]圖16 (η)顯示處于熱塊下面的位置的激發(fā)光學(xué)組件的側(cè)橫截面視圖。
[0113]圖16 (O)顯示熱塊的側(cè)立體圖。
[0114]圖16 (P)顯示熱塊的俯視圖。
[0115]圖16 (q)顯示發(fā)射和激發(fā)光學(xué)彈簧門閂在它們可以保持發(fā)射和激發(fā)光學(xué)組件時(shí)的側(cè)橫截面視圖。
[0116]圖17 Ca)顯示在熱循環(huán)器模塊中的一些部件的方框圖。
[0117]圖17 (b)顯示來自不同熱循環(huán)器的溫度信號(hào)對(duì)比時(shí)間的曲線圖。
[0118]圖17 (c)顯示對(duì)于不同熱循環(huán)器的溫度信號(hào)對(duì)比時(shí)間的另一曲線圖。
[0119]圖17 Cd)顯示圖解根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法的流程圖。
[0120]圖17 Ce)顯示響應(yīng)于經(jīng)校準(zhǔn)的電壓信號(hào)產(chǎn)生的溫度信號(hào)的實(shí)例。
[0121]圖18 (a)顯示檢測(cè)光學(xué)方框圖。
[0122]圖18 (b)顯示檢測(cè)光學(xué)光路。
[0123]圖18 (C)顯示檢測(cè)光學(xué)組件。
[0124]圖19顯示圖解根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法的處理流程圖。
[0125]圖20 Ca)顯示盒加熱器的實(shí)施例。
[0126]圖20 (b)顯示一段盒加熱器的實(shí)施例。
[0127]圖20 (C)顯示處于打開位置的盒加熱器的實(shí)施例。
[0128]圖20 (d)顯示處于閉合位置的盒加熱器的實(shí)施例。
[0129]圖20 Ce)顯示一段盒加熱器的實(shí)施例。
[0130]圖20 Cf)顯示盒加熱器的部件。
[0131]圖20 (g)顯示化驗(yàn)盒的實(shí)施例，該化驗(yàn)盒可以和盒加熱器一起使用。
[0132]圖20 (h)顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的儀器的部件的布置的俯視圖。
[0133]圖20 (i)顯示盒交換處理的實(shí)施例。
[0134]圖20 ( j)顯示帶有通道加熱器的通道的實(shí)施例。
[0135]圖20 (k)顯示一段帶有通道加熱器的通道的實(shí)施例。[0136]圖21顯示圖解通用計(jì)算機(jī)設(shè)備的配件的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0137]PCR或者“聚合酶鏈反應(yīng)”指的是用于通過酶復(fù)制的重復(fù)循環(huán)來擴(kuò)增DNA的方法，DNA雙鏈體的變性以及新DNA雙鏈體的形成在酶復(fù)制的重復(fù)循環(huán)之后?？梢酝ㄟ^變更DNA擴(kuò)增反應(yīng)混合物的溫度來進(jìn)行DNA雙鏈體的變性和復(fù)性。實(shí)時(shí)PCR指的是PCR處理，在該P(yáng)CR處理中，與反應(yīng)中的大量擴(kuò)增DNA相關(guān)的信號(hào)在擴(kuò)增處理期間被監(jiān)視。該信號(hào)經(jīng)常是熒光。然而，其他檢測(cè)方法是可能的。在示范性的實(shí)施例中，PCR子系統(tǒng)采用經(jīng)制備且密封的反應(yīng)容器，并且進(jìn)行完全實(shí)時(shí)地聚合酶鏈反應(yīng)分析、多次熱循環(huán)樣本、以及在每個(gè)循環(huán)報(bào)告發(fā)射的熒光的強(qiáng)度。
[0138]“制備場(chǎng)所”可以包含能制備用于分析的樣本的任何適合的場(chǎng)所以及場(chǎng)所的組合。制備場(chǎng)所可以包含一個(gè)以上的樣本呈遞單元、樣本吸液管以及各種處理通道。
[0139]“盒引導(dǎo)件”可以包含用于引導(dǎo)化驗(yàn)盒的任何適合的結(jié)構(gòu)。在一些情況下，它可以包含在線性路徑上引導(dǎo)化驗(yàn)盒的通常線性結(jié)構(gòu)。
[0140]“分析場(chǎng)所”可以指的是樣本被分析的任何適合的場(chǎng)所或者場(chǎng)所的組合。
[0141]“處理場(chǎng)所”可以是樣本被處理的場(chǎng)所。處理場(chǎng)所可以是在制備場(chǎng)所內(nèi)。例如，處理場(chǎng)所可以具有能處理樣本的多個(gè)處理通道。
[0142]“試劑存儲(chǔ)單元”可以指的是被配置成存儲(chǔ)試劑的單元。
[0143]“試劑包”可以包含能存儲(chǔ)試劑的任何適合的器皿。試劑包的實(shí)例可以包含通常矩形的細(xì)長體以及促進(jìn)操控和自動(dòng)化的特征，形成該細(xì)長體以包含多個(gè)試劑器具，該試劑器具包含一個(gè)以上的大的試劑器具和一個(gè)以上的相對(duì)較小的試劑器具。
[0144]“處理器”可以包括能用于處理數(shù)據(jù)的任何適合的數(shù)據(jù)處理裝置。這種處理器可以包含一起工作以便處理數(shù)據(jù)并提供指令的一個(gè)以上的微處理器。
[0145]“控制器”同樣可以是能處理數(shù)據(jù)或者提供控制功能的數(shù)據(jù)處理裝置。控制器可以包含一個(gè)以上的微處理器，或者在一些實(shí)施例中，它可以是通用計(jì)算機(jī)。
[0146]A.總體系統(tǒng)布局
[0147]在圖1 (a)中顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于核酸判定的自動(dòng)化儀器，該自動(dòng)化儀器通過參考編號(hào)100被指明。如圖1 (a)所示，本發(fā)明的儀器的一個(gè)實(shí)施例包含如圖解的帶有定義前、后、左和右側(cè)的側(cè)面、頂部和底部的通常矩形的殼體102。自動(dòng)化儀器可以是單個(gè)封閉的系統(tǒng)，并且可以包含水平工作臺(tái)，該水平工作臺(tái)結(jié)合易訪問區(qū)域110，用于操作員添加用于分析的樣本以及在處理樣本的過程中使用的耗材。該自動(dòng)化儀器同樣包含數(shù)據(jù)錄入裝置106和顯示器108。本發(fā)明實(shí)施例包含用于判定樣本中的特定核酸序列的全自動(dòng)化的隨機(jī)訪問系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含耗材、反應(yīng)地點(diǎn)以及傳送裝置，該耗材結(jié)合了實(shí)現(xiàn)各種化驗(yàn)所必需的試劑。在該系統(tǒng)上提供耗材的足夠存儲(chǔ)空間，以便容許該系統(tǒng)以最小的操作員干涉來運(yùn)轉(zhuǎn)延長的時(shí)間。
[0148]該系統(tǒng)可以組合兩個(gè)功能:處于從樣本基體中分離核酸的形式的樣本制備，以及在這些分離的核酸內(nèi)的特定序列的檢測(cè)。所以，該系統(tǒng)可以具有至少兩個(gè)不同的功能區(qū)域:一個(gè)包含使用耗材來處理樣本的儀表裝置，以及另一個(gè)包含用于核酸擴(kuò)增和檢測(cè)的儀表裝置和試劑。該系統(tǒng)同樣包含用于樣本的保持器，用于廢料的器皿以及用于電力和信息的連接。這些被集成在單個(gè)單元中，以便提供進(jìn)行樣本操控、核酸分離以及擴(kuò)增和檢測(cè)的主要功能，加上供給和耗材管理、信息管理和維護(hù)的支持功能的系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，為了支持樣本的總處理能力，同時(shí)保留調(diào)度的靈活性，該系統(tǒng)的樣本制備部分以樣本進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)的序列方式來處理樣本，同時(shí)系統(tǒng)的檢測(cè)部分并列地進(jìn)行擴(kuò)增和檢測(cè)。 [0149]將這些功能組合到單個(gè)高自動(dòng)化的自包含系統(tǒng)中，提供了將分子診斷無縫集成到臨床實(shí)驗(yàn)室的工作流程中。進(jìn)一步的目的是在不需要用戶干涉的情況下，進(jìn)行所有核酸判定的步驟，以便產(chǎn)生臨床可接受的結(jié)果。在沒有對(duì)于系統(tǒng)強(qiáng)加的樣本或者分析物次序的約束的情況下，系統(tǒng)有利于允許用戶在樣本可利用時(shí)裝載樣本，并且在如由病人和他們的醫(yī)生的需要所規(guī)定的那些樣本上進(jìn)行判定。
[0150]圖1 (b)從上顯示圖1 (a)的實(shí)施例的平面圖，移除了某些部件以使基本結(jié)構(gòu)和功能模塊清楚。圖1 (b)還顯示包括分析場(chǎng)所96和制備場(chǎng)所98的三個(gè)不同場(chǎng)所，在分析場(chǎng)所96中可以發(fā)生樣本分析，在制備場(chǎng)所98中可以制備用于分析的樣本。圖1 (b)還顯示包括分析場(chǎng)所96、制備場(chǎng)所98和材料存儲(chǔ)場(chǎng)所92的三個(gè)不同場(chǎng)所，在該分析場(chǎng)所96中可以發(fā)生樣本分析，在該制備場(chǎng)所98中可以制備用于分析的樣本，在該材料存儲(chǔ)場(chǎng)所92中可以存儲(chǔ)制備和分析材料。三個(gè)圖解的場(chǎng)所可以相互鄰近。
[0151]在圖1 (b)中顯示的系統(tǒng)可用于進(jìn)行各種方法，其中該各種方法包含一種方法，該方法包括:提供包括具有盒引導(dǎo)件的第一隔室和第二隔室的化驗(yàn)盒，在制備場(chǎng)所使用第一吸液管將第一試劑從化驗(yàn)盒中的第一隔室傳送到第二隔室，并且使用第二吸液管將來自試劑存儲(chǔ)單元中的或者材料存儲(chǔ)場(chǎng)所中的試劑包的第二試劑傳送到第二隔室。
[0152]系統(tǒng)可以包含儀器，該儀器可以包含，用于裝載樣本的樣本呈遞單元110，用于傳送樣本的樣本吸液管70，用于將一次性化驗(yàn)盒裝載到系統(tǒng)上的盒裝載單元112，用于存儲(chǔ)試劑的試劑存儲(chǔ)單元10，用于處理樣本的一組處理通道116，用于傳送化驗(yàn)盒的傳送梭50，用于傳送材料的XYZ輸送裝置40，用于存儲(chǔ)一次性吸液尖端的微尖端存儲(chǔ)單元20，用于擴(kuò)增的熱循環(huán)器模塊30的集合，以及用于檢測(cè)來自檢測(cè)反應(yīng)的產(chǎn)物的光學(xué)檢測(cè)器(沒有顯示)。XYZ輸送裝置40可以包含XYZ臺(tái)架以及XYZ吸液管。處理通道可以在制備場(chǎng)所98中存在。
[0153]臺(tái)架可以進(jìn)行許多功能。例如，它可以被配置成:安置芯軸以便從第二隔室中移除容器塞；安置芯軸以便使容器塞與第一隔室中的容器底座配對(duì)；安置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以便使蓋從閉合位置移動(dòng)到打開位置；安置芯軸以便使擴(kuò)增容器座合在塊上；以及安置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以便使蓋從打開位置移動(dòng)到閉合位置。
[0154]系統(tǒng)可以包含處理通道116，該處理通道116進(jìn)行來自生物或者病人樣本的核酸提取和凈化所需要的操作步驟。每個(gè)處理通道116可以容納化驗(yàn)盒200。當(dāng)系統(tǒng)使用線性排列的化驗(yàn)盒200，每個(gè)處理通道可以相對(duì)于化驗(yàn)盒的長軸線性地延伸。這種處理通道116可以反映化驗(yàn)盒200的尺寸，減少定位化驗(yàn)盒的需要，以及容許系統(tǒng)以空間有效的并行方式封裝多個(gè)處理通道。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)包含以與它們?cè)谥辽僖恍┮?guī)程中使用的次序近似的次序被物理排列的處理通道。這有利于使系統(tǒng)需要在處理通道之間傳送化驗(yàn)盒的距離和時(shí)間最小化?；蛘?，系統(tǒng)可以包含具有類似功能聚集在一起的處理通道。這有利于使進(jìn)行例如諸如沖洗的重復(fù)功能所耗費(fèi)的時(shí)間最小化。
[0155]如圖1(b)所示，系統(tǒng)可以包含不同類型的處理通道，不同類型的處理通道支持合適于不同處理步驟的功能。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)包含一些通道類型的復(fù)制，允許并行地處理多個(gè)化驗(yàn)盒200。處理通道類型的實(shí)例包含盒裝載通道116(f)、傳送通道50、加熱溫度穩(wěn)定通道116⑴、沖洗通道116 (a)和116 (b)、洗脫通道116(e),擴(kuò)增制備通道116 (g)、以及廢料通道116(c)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)按以下順序包含13個(gè)處理通道:
【權(quán)利要求】
1.一種用于操作熱循環(huán)器模塊的方法，其特征在于，所述方法包括: 獲得與熱循環(huán)器模塊陣列中的選擇的熱循環(huán)器模塊相關(guān)的預(yù)定溫度對(duì)時(shí)間分布圖，所述熱循環(huán)器陣列包括所述選擇的熱循環(huán)器模塊和一組熱循環(huán)器模塊；以及 通過處理器控制所述一組熱循環(huán)器模塊中的所述熱循環(huán)器模塊，以使它們的性能匹配所述預(yù)定溫度對(duì)時(shí)間分布圖，使用在所述陣列中的所述熱循環(huán)器模塊之間的變動(dòng)源，控制所述一組熱循環(huán)器模塊中的每個(gè)所述熱循環(huán)器模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述變動(dòng)源包括所述熱循環(huán)器模塊的環(huán)境溫度，或者所述熱循環(huán)器模塊的物理特性。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述熱循環(huán)器模塊包括對(duì)于每個(gè)模塊調(diào)整ha和k，所述ha是處于環(huán)境溫度(V /秒)的薄膜加熱器輸出，所述k是傳熱速率，它們使用以下公式:
dB/dt=ha+k (Ta-B (t)),其中
dB/dt=在塊溫度中以度/秒的改變， Ta=環(huán)境溫度(°C)， ha=處于環(huán)境溫度的薄膜加熱器輸出(V /秒)， k=傳熱速率，并且 B(t) =熱塊在給定時(shí)間t時(shí)的溫度， 其中dB/dt。
4.如權(quán)利要求3所述 的方法，其特征在于，B(t) = (B (O) - (ha/k) -Ta) ekt+ (ha/k) +Ta，其中B(O) =在時(shí)間為O時(shí)的起始?jí)K溫度。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述k通過風(fēng)箱被調(diào)整。
6.一種用于在預(yù)定熱分布圖(B(t))中驅(qū)動(dòng)第一熱循環(huán)器的方法，其特征在于，所述第一熱循環(huán)器包含熱塊、熱耦接到所述熱塊的加熱器，以及引導(dǎo)空氣到所述熱塊的風(fēng)箱，所述方法包括: 將所述熱塊溫度相對(duì)于時(shí)間的變化率(dB/dt)確定為加熱器輸出(ha)、風(fēng)箱傳熱(k)以及環(huán)境溫度(Ta)的函數(shù)； 測(cè)量所述熱塊溫度； 測(cè)量在所述熱循環(huán)器的所述環(huán)境溫度；以及 根據(jù)建模關(guān)系dB/dt=ha+k(Ta-B(t))，調(diào)整所述加熱器輸出和所述風(fēng)箱傳熱中的一個(gè)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，調(diào)整所述加熱器輸出和所述風(fēng)箱傳熱中的一個(gè)的步驟包含調(diào)整所述加熱器輸出和所述風(fēng)箱傳熱。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一熱循環(huán)器進(jìn)一步包含具有存儲(chǔ)器的處理器，所述處理器感知所述熱塊溫度和所述環(huán)境溫度，并控制所述加熱器輸出和風(fēng)箱傳熱，并且所述存儲(chǔ)器包含所述預(yù)定熱分布圖的表現(xiàn)和所述建模關(guān)系的表現(xiàn)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述處理器通過調(diào)整供給到所述風(fēng)箱的所述電力來控制所述風(fēng)箱傳熱。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，通過對(duì)所述熱塊溫度相對(duì)于時(shí)間的變化率的評(píng)估、和對(duì)作為所述預(yù)定分布圖的可為各多個(gè)熱循環(huán)器獲取的熱分布圖的選擇來確定相同預(yù)定分布圖，所述熱塊溫度相對(duì)于時(shí)間的變化率為多個(gè)熱循環(huán)器的加熱器輸出、風(fēng)箱傳熱、環(huán)境溫度的函數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一熱循環(huán)器的所述響應(yīng)匹配第二熱循環(huán)器的所述響應(yīng)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一熱循環(huán)器被安排為鄰近所述第二熱循環(huán)器。
13.一種可由處理器執(zhí)行的包含編碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，用于實(shí)施操作熱循環(huán)器模塊的方法，其特征在于，所述方法包括: 獲得與熱循環(huán)器模塊陣列中的選擇的熱循環(huán)器模塊相關(guān)的預(yù)定溫度對(duì)時(shí)間分布圖，所述熱循環(huán)器陣列包括所述選擇的熱循環(huán)器模塊和一組熱循環(huán)器模塊；以及 通過處理器控制所述一組熱循環(huán)器模塊中的所述熱循環(huán)器模塊，以使它們的性能匹配所述預(yù)定溫度對(duì)時(shí)間分布圖，利用所述陣列的熱循環(huán)器之間的變動(dòng)源來控制所述一組熱循環(huán)器模塊中的每個(gè)所述熱循環(huán)器模塊。
14.如權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述變動(dòng)源包括所述熱循環(huán)器模塊的環(huán)境溫度，或者所述熱循環(huán)器模塊的物理特性。
15.如權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，控制所述熱循環(huán)器模塊包括對(duì)于每個(gè)模塊調(diào)整ha和k，所述ha是處于環(huán)境溫度(V /秒)的薄膜加熱器輸出，所述k是傳熱速率，它們使用以下公式:
dB/dt=ha+k(Ta-B (t)),其中
dB/dt=在熱塊 溫度中以度/秒的改變， Ta=環(huán)境溫度(°C)； ha=處于環(huán)境溫度的薄膜加熱器出量(°C /秒)， k=傳熱速率，并且 B(t) =熱塊在給定時(shí)間t時(shí)的溫度， 其中dB/dt。
16.如權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，B(t)= (B(0)-(ha/k)-Ta)ekt+ (ha/k) +Ta，其中B (O)=在時(shí)間=0時(shí)的初始?jí)K溫度。
17.如權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述k通過風(fēng)箱被調(diào)整。
18.一種可由處理器執(zhí)行的包含編碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，用于實(shí)施驅(qū)動(dòng)預(yù)定熱分布圖(B(t))中的第一熱循環(huán)器，所述第一熱循環(huán)器包含熱塊、熱耦接到所述熱塊的加熱器以及引導(dǎo)空氣到所述熱塊的風(fēng)箱，所述方法包括: 將所述熱塊溫度相對(duì)于時(shí)間的變化率(dB/dt)確定為加熱器輸出(ha)、風(fēng)箱傳熱(k)以及環(huán)境溫度(Ta)的函數(shù)； 測(cè)量所述熱塊溫度； 測(cè)量在所述熱循環(huán)器的所述環(huán)境溫度；以及 根據(jù)建模關(guān)系dB/dt=ha+k(Ta-B(t))，調(diào)整所述加熱器出量和所述風(fēng)箱傳熱中的一個(gè)。
19.如權(quán)利要求18所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，調(diào)整所述加熱器輸出和所述風(fēng)箱傳熱中的一個(gè)的步驟包含調(diào)整所述加熱器輸出和所述風(fēng)箱傳熱。
20.如權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述第一熱循環(huán)器進(jìn)一步包含具有存儲(chǔ)器的處理器，所述處理器感知所述熱塊溫度和所述環(huán)境溫度，并控制所述加熱器輸出和風(fēng)箱傳熱，并且所述存儲(chǔ)器包含所述預(yù)定熱分布圖的表現(xiàn)和所述建模關(guān)系的表現(xiàn)。
21.如權(quán)利要求20所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述處理器通過調(diào)整供給到所述風(fēng)箱的所述電力來控制所述風(fēng)箱傳熱。
22.如權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，通過評(píng)估所述熱塊溫度相對(duì)于時(shí)間的所述變化率，將相同的預(yù)定熱分布圖確定為多個(gè)熱循環(huán)器的加熱器輸出、風(fēng)箱傳熱以及環(huán)境溫度的函數(shù)，并將通過所述多個(gè)熱循環(huán)器中的每一個(gè)實(shí)現(xiàn)的熱分布圖的選擇確定為預(yù)定分布圖。
23.如權(quán)利要求22所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述第一熱循環(huán)器的所述響應(yīng)匹配第二熱循環(huán)器的所述響應(yīng)。
24.如權(quán)利要 求23所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述第一熱循環(huán)器被設(shè)置為鄰近所述第二熱循環(huán)器。
【文檔編號(hào)】C12M1/38GK103540530SQ201310390095
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2010年7月23日
【發(fā)明者】布賴恩·D·威爾遜, 馬太·S·大衛(wèi), 艾倫·N·約翰遜, 蓋瑞克·A·莫勒 申請(qǐng)人:貝克曼考爾特公司