[发明专利]改进的样品处理装置、系统和方法

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2006年12月22日提交 的标题为ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES，SYSTEMS AND METHODS(改进的样品处理装置、系统和方法)的美国临时专 利申请No.60/871,620的优先权，该专利申请据此全文引入以供参考。

技术领域

本发明涉及用于处理样品材料的装置、方法和系统，例如用于扩 增遗传物质的方法等。

背景技术

许多不同的化学反应、生物化学反应以及其他反应都对温度变化 敏感。基因扩增领域的热处理的例子包括(但不限于)聚合酶链反应 (PCR)、桑格测序等。基于所涉及材料的温度，反应会增强或受抑制。 尽管可以单独地处理样品并获得准确的样品间结果，然而单独地处理 会既耗时又昂贵。

热处理多个样品的一种节约时间和成本的方法是使用包括多个腔 室的装置，在这些腔室中可以同时处理一个样品的不同部分或不同样 品。然而，当在不同腔室中进行多个反应时，一个重要问题是准确控 制腔室间的温度均匀度。腔室之间的温度变化可导致误导或不准确的 结果。例如，在某些反应中，至关重要的是将腔室间的温度控制在±1 ℃或更小的范围内，以便获得准确的结果。

对准确的温度控制的需要可自身表现为对保持每个室中的所需温 度的需要，或者它可能会涉及温度变化，如升高或降低每个腔室中的 温度，以达到所需的设定值。在涉及温度变化的反应中，每个腔室中 温度变化的速度或速率也会引起问题。例如，如果不必要的副反应在 中间温度发生，那么缓慢的温度转变可能是个问题。或者，过快的温 度转变会引起其他问题。因此，遇到的另一个问题是可比较的腔室间 的温度转变速率。

除了腔室间的温度均匀度和可比较的腔室间的温度转变速率之 外，在其中需要热循环的那些反应中会遇到的另一个问题是整个过程 的整体速度。例如，需要在较高温度和较低温度之间进行多次转变。 作为另外一种选择，需要在三个或更多个所需温度之间进行多次转变 (上升和/或下降)。在某些反应中，如聚合酶链反应(PCR)，热循环必 须重复多达三十次或更多次。然而，试图解决腔室间的温度均匀度和 可比较的腔室间的温度转变速率问题的热循环装置和方法通常受到整 体速度不高的影响，这导致处理时间延长，从而最终增加工序成本。

在各种化学处理、生物化学处理和其他处理中会涉及一个或多个 上述问题。需要准确的腔室间温度控制、可比较的温度转变速率和/或 温度之间的快速转变的某些反应的例子包括(例如)操纵核酸样品来 辅助译解遗传密码。参见(例如)T.Maniatis等人，Molecular Cloning， A Laboratory Manual，Cold Spring Harbor Laboratory(1982)(分子克隆， 实验室手册，冷泉港实验室，1982年)。核酸操纵技术包括扩增法， 例如聚合酶链反应(PCR)；靶多核苷酸扩增法，例如自主序列复制(3SR) 和链置换扩增(SDA)；基于连接到靶多核苷酸的信号扩增的方法，例如 “支链”DNA扩增；基于探针DNA扩增的方法，例如连接酶链反应(LCR) 和QB复制酶扩增(QBR)；基于转录的方法，例如连接激活转录(LAT)、 转录介导扩增(TMA)和基于核酸序列的扩增(NASBA)；以及多种其他扩 增法，例如修复链反应(RCR)和循环探针反应(CPR)。其他核酸操纵技 术的例子包括(例如)桑格测序、配体结合分析等。

涉及上述所有问题的反应的一个常见例子是PCR扩增。用于进行 PCR的传统热循环设备使用分别插入金属板孔中的聚合物微量吸收 池。然后，使样品温度在低温和高温之间循环，例如对PCR过程而言 为55℃和95℃。当根据传统方法使用传统设备时，热循环设备(其通 常包括金属板和受热盖板)的高热质和用于微量吸收池的聚合物材料 的相对低的导热率使得过程可能需要两小时、三小时、或更长时间才 能完成典型的PCR扩增。