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1. CN108472654 - Thermal cycler systems and adaptor

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ ZH ]
热循环仪系统和适配器


技术领域
本发明大体上涉及热循环仪系统和其使用方法。
背景技术
生物或化学样品的测试通常需要一种用于使多个样品反复地经受一系列温度循环的装置。为了制备、观测、测试和/或分析生物样品阵列,可利用的器械的一个实例是热循环仪或热循环装置,例如端点聚合酶链反应(PCR)器械或定量或实时PCR器械。此类装置用于生成具体温度循环,即,用于将反应容器中的预定温度设定成维持预定时间间隔。
通常,热循环仪系统包含样品块,其具有多个反应区或样品块孔且配置成接收样品固持器的样品孔中所含有的多个样品。所述样品可通过孔与加热罩之间的盖、罩盖、密封膜或任何其它密封机构密封在样品固持器的孔内。多种样品固持器用于热循环仪系统中,包含例如多孔微量滴定板、微卡或通孔阵列。归因于多种可用样品固持器,热循环仪系统常常设计成与多于一种类型的样品固持器兼容。举例来说,样品块可配置成收纳具有全裙部或半裙部的样品固持器。全裙式样品固持器具有通常在样品固持器的至少两个相对侧上延伸到样品孔的底部部分的裙边,而半裙式样品固持器的裙边使样品孔的下部部分暴露。设计与具有不同设计的样品固持器兼容的热循环仪系统常常取决于所使用的实际样品固持器导致低效。为了成功、有效且准确地执行PCR过程,应尽可能最大限度地最小化这些低效率。
日益需要提供解决上述缺点中的一个或多个的改进的热循环仪系统。
发明内容
根据一个实施例,一种用于配置成收纳多个样品的样品固持器的热循环仪系统包含:样品块,其具有直立外围侧壁且配置成收纳样品固持器;和适配器,其具有配置成围绕样品块的外围侧壁定位的直立外围侧壁。当适配器的外围侧壁围绕样品块的外围侧壁定位且样品固持器收纳于样品块中时,适配器的外围侧壁朝向样品固持器在向上方向上延伸。
根据另一实施例,一种配置成围绕样品块定位的适配器包含直立外围侧壁,样品块包含直立外围侧壁且配置成收纳样品固持器。当适配器的外围侧壁围绕样品块的外围侧壁定位且样品固持器收纳于样品块中时,适配器的外围侧壁朝向样品固持器在向上方向上延伸。
在结合附图查阅对说明性实施例的以下详细描述后,本发明的各种额外特征和优点对于所属领域的技术人员将变得更显而易见。
附图说明
并入在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例,且与上文给定的本发明的一般描述和下文给定的详细描述一起用以解释本发明。
图1是根据一个实施例的展示围绕样品块定位的适配器和样品固持器的热循环仪系统的透视图。
图2是图1的展示从样品块移除的样品固持器的热循环仪系统的分解视图。
图3是图1的展示从不具有样品固持器的样品块移除的适配器和绝缘组件且展示外壳的一部分的横截面的热循环仪系统的分解视图。
图4A是图1的热循环仪系统和样品固持器的一部分的横截面视图。
图4B是图4A的展示定位在适配器和样品块上的样品固持器的热循环仪系统的部分的横截面视图。
图5是图1的热循环仪系统和与图4A的样品固持器具有不同设计的样品固持器的一部分的横截面视图。
图6A是具有线形弹簧的滴盘上方的样品块的透视图。
图6B是图6A的样品块和滴盘的纵向侧视图。
图6C是图6A的样品块和滴盘的横向侧视图。
具体实施方式
参考图1到3,展示热循环仪系统10根据本发明的说明性实施例构造而成。热循环仪系统10包含外部外壳12、样品块14和滴盘16。样品块14包含多个腔18且配置成装载有相应地成形的样品固持器20,所述样品固持器在多个样品孔22中含有多个生物或生物化学样品。滴盘16设计成从滴盘16上方的环境条件密封热循环仪系统10的组件,例如热块组合件(未展示)。热块组合件可包含例如用于在PCR过程期间加热和冷却生物或生物化学样品的加热和冷却元件以及换热器或散热器。下文更详细地描述热循环仪系统10。
仍参考图1到3,热循环仪系统10包含用于插入和移除样品固持器20的接入区域24。在各种实施例中,接入区域24配置成包含用于实验室自动化系统的机器人臂(未展示)将样品固持器20定位在样品块14上的足够开放空间。另外,热循环仪系统10配置成与全裙式样品固持器(未展示)兼容。当样品固持器是半裙式而非全裙式时,机器人臂操纵样品固持器20所需的空间带来了问题。为此,当半裙式样品固持器20由样品块14收纳时,样品块14的外围壁26暴露。因此,样品块14易受外部气流影响,这可严重影响热循环仪系统10的一贯的热性能。因此,在一个实施例中,热循环仪系统10包含在下文更详细地描述的适配器28。
除非另外指示,否则本文中使用参考系描述示范性热循环仪系统10,在参考系中样品固持器20可装载在热循环仪系统10的前方且可定位于样品块14上方。因此,如本文中所使用,用于描述示范性热循环仪系统10的例如侧向、前向、后向、向下、向上、下方和上方等术语是相对于所选择的参考系。然而,本发明的实施例不限于所选择的参考系和描述性术语。所属领域的普通技术人员将认识到,当参考系存在改变时可不直接应用本文中所使用的描述性术语。尽管如此,用于描述热循环仪系统10的实施例的相对术语仅仅在图式中提供实施例的清晰描述。因而,相对术语侧向、前向、后向、向下、向上、下方和上方决不将本发明限制为特定部位或定向。
现参考图3和4A,更详细地展示示范性样品块14。样品块14包含底座30和直立外围侧壁26,所述直立外围侧壁围封多个腔18。如上文所描述,多个腔18配置成收纳样品固持器20的多个相应地成形的样品孔22。在说明性实施例中,样品块14包含96个腔18。在此类实施例中,样品固持器20可以是96孔微量滴定板。应认识到,样品块14和样品固持器20可具有替代配置。举例来说,样品固持器20可以是但不限于任何大小多孔板、卡或阵列,包含但不限于24孔微量滴定板、50孔微量滴定板、384孔微量滴定板、微卡、通孔阵列或基本上平面固持器,例如玻璃或塑料载片。
仍参考图3和4A,更详细地展示示范性滴盘16。滴盘16在样品块14与滴盘16之间形成密封以将热电组件(未展示)与样品块14和滴盘16上方的环境条件隔离。具体地说,滴盘16阻止可从样品孔22溅出的任何样品到达热块组合件(未展示)的敏感电子组件。滴盘16包含侧壁32和底部表面34。在一个实施例中,滴盘16配置成收纳适配器28。此外,滴盘16可配置成相对于滴盘16紧固适配器28的侧向位置。为此,当适配器28由滴盘16收纳时,滴盘16的侧壁32阻止适配器28的侧向移动。
再次参考图3和4A,更详细地展示适配器28。适配器28包含平台部分36,所述平台部分包含多个孔口38。多个孔口38配置成当适配器28围绕样品块14定位且样品固持器20由样品块14收纳时允许样品固持器20的样品孔22的阵列延伸通过所述多个孔口(图4B中展示)。平台部分36的周边40形成有在平台部分36下方向下延伸的直立外围侧壁42。直立外围侧壁42配置成围绕样品块14的外围侧壁26定位。当适配器28的外围侧壁42围绕样品块14的外围侧壁26定位且样品固持器20收纳于样品块14中时,适配器28的外围侧壁42朝向样品固持器20在向上方向上延伸(下文描述)。换句话说,适配器28的外围侧壁42可在从样品块14的底座30朝向样品固持器20的平台部分44的方向上延伸。以此方式,适配器28的外围侧壁42配置成保护样品块14的外围侧壁26免于在PCR过程期间与气流不当接触。应认识到,适配器28的外围侧壁42可以是连续或不连续侧壁。换句话说,在各种实施例中,外围侧壁42可包括一个或多个壁区段。
仍参考图3和4A,适配器28的直立外围侧壁42的周边包含从其延伸的唇缘46。唇缘46配置成由滴盘16收纳。当唇缘46由滴盘16收纳时,适配器28的侧向位置可由滴盘16紧固。在一个实施例中,绝缘组件47可定位于滴盘16与适配器28的唇缘46之间。举例来说,绝缘组件47可粘着到滴盘16。另外,在一个实施例中,绝缘组件49可连接到适配器28的平台部分36。绝缘组件49辅助阻止来自热循环仪系统10的前向和后向的气流。另外,绝缘组件49还可充当样品固持器20的底部上的辅助均一力,以在PCR过程结束之后辅助推出样品固持器20。绝缘组件47、49可由可购自例如康涅狄格州罗杰斯的罗杰斯公司的HT-800中孔有机硅(HT-800Medium Cellular Silicone)制成。虽然适配器28展示为包含平台部分36和唇缘46,但应认识到,适配器28的其它配置是可能的。举例来说,根据一个实施例的适配器可不包含平台部分或唇缘。此外,在一个实施例中,适配器28可配置成容纳全裙式样品固持器(未展示)。在适配器28配置成仅容纳半裙式样品固持器的实施例中,适配器28可在装载样品固持器20之前围绕样品块14定位。对于后续运行,直到用户想要使用全裙式样品固持器,用户介入或更换才是必要的。
再次参考图2和3,在一个实施例中,滴盘16包含多个推出器机构48。虽然图3中所展示的所说明的实施例描绘四个推出器机构48,但其它实施例可使用单个推出器机构48或合适数目的多个推出器机构48。推出器机构48可允许在PCR过程结束之后较容易移除样品固持器20。每一推出器机构48可包括一个或多个弹簧,所述一个或多个弹簧在将样品固持器20放置到样品块上时会压缩。如图2和3中所展示的实施例内所说明,推出器机构48的外壳组件内含有弹簧,但其它实施例可使用不同外壳或完全不使用外壳。另外,推出器机构48的数目和大小(和推出器机构48内的弹簧的大小的数目)将取决于所使用的滴盘16、样品块14、样品固持器20和任何适配器28的大小和规格而变化。为了说明推出器机构48,适配器28包含多个开口50,其配置成允许推出器机构48延伸通过其以便出于推出的目的而与样品固持器20进行接触。开口50可延伸超出外围侧壁42的周边。因此,外围侧壁42可包含延伸部52。当推出器机构48延伸通过开口50时,外围侧壁42的延伸部52至少部分地环绕推出器机构48。此外,平台部分36的周边40可从外围侧壁42的周边向内延伸。在所说明的实施例中,开口50横跨可另外包含孔口38的平台部分36的区段延伸。因此,开口50可配置成当样品固持器20定位成邻近于适配器28时允许样品固持器20的样品孔22中的一个或多个延伸通过所述开口。此外,平台部分36的平台部分分段54可延伸到开口50之间的外围侧壁42的周边。以此方式,外围侧壁42用以保护样品块14免于不当接触气流,同时允许推出器机构48延伸通过适配器28。
参考图6A到6C,说明其中滴盘16包含作为推出器机构48的实施例的线形弹簧68的实施例。在此类实施例中,弹簧并不含于外壳内,如图2到3中所展示的所说明的实施例内所描绘。在图6A到6C的所说明的实施例内,滴盘16在其周围放置样品块的四侧中的每一个上包含线形弹簧68。其它实施例可包含每侧多于一个线形弹簧68,或在滴盘16的侧的子集上(例如在一侧、两侧或三侧上)仅包含一个或多个线形弹簧68。另外,一个或多个线形弹簧68可结合其它推出器机构48使用,例如但不限于与图2和3中所说明的实施例相关联所描述的推出器机构。
进一步参考图6A到6C,使用线形弹簧68的实施例可配置成在不具有适配器28的情况下操作,其中样品孔22在样品固持器20放置在样品块14上时插入到腔18中。线形弹簧68定位于滴盘16上,使得样品固持器20放置在线形弹簧68的顶部上,从而压缩线形弹簧68。以此方式,线形弹簧68可辅助推出样品固持器20。当空间约束可能不允许在滴盘16的一个或多个侧上使用其它推出器机构48时,或当空间约束不允许使用适配器28时(例如当约束不允许使用具有推出器机构48延伸通过的多个开口50的适配器28时,如图3中所展示的实施例内所说明),使用线形弹簧68可为有益的。包含但不限于使用适配器28的实施例的某些实施例可组合线形弹簧68与其它推出器机构48以增强样品固持器20的整个推出。线形弹簧68可包括任何合适材料。适合线形弹簧68的非限制性实例包含具有锌镀或铬表面处理的SWP-B,JIS G3522的0.90mm的琴用钢线,并且还包含具有沉淀硬化的不锈钢17-7PH的0.90mm的不锈钢线弹簧。线形弹簧68的其它合适材料包含高碳钢、碳合金、硬拉钢、钢合金、非铁合金、高温合金和所属领域中已知的其它金属和合金。
进一步参考图2和3,使用呈全裙式配置的样品固持器20的实施例可利用加热罩和适配器28以增强样品固持器20的移除。在此类实施例中,如下文参考图2和4A所论述,当降低加热罩以向样品固持器20提供向下力时,样品固持器20的裙部将置于适配器28的部分上且凹陷到适配器28的部分中。用于样品固持器20的裙部和适配器28的材料在此类实施例中选择成允许裙部凹陷到适配器中而不损坏任何组件。举例来说,允许重复使用塑料的裙壁62和硅橡胶的适配器28的对应部分,其中塑料裙壁62凹陷到适配器28的硅橡胶部分中。样品固持器20的裙部的任何适当部分可凹陷到适配器28中,例如样品固持器20的不与其它特征(例如推出器机构48)相互作用以增强样品固持器20的移除的一个或多个侧。加热罩的移除会移除到样品固持器20上的向下力,进而产生弹簧悬臂力以推出样品固持器20。在一个实施例中,呈全裙式配置的样品固持器20使用裙部凹陷到适配器28中以用于推出且移除样品固持器20。在另一实施例中,样品固持器20凹陷到适配器28中的全裙式配置与使用推出器机构(例如,如在图3内的所说明的实施例中描述的多个推出器机构)组合。在其中滴盘16包含一个或多个推出器机构48且利用样品固持器20的全裙式配置实施例中,裙部可沿着不存在推出器机构48的侧或部分凹陷到适配器28中,进而提供将作用于样品固持器20的多个侧的推出力(例如从推出器机构48的任一侧或两侧或从当将加热罩降低到样品固持器上时所产生的弹簧悬臂力)。参考图3的所说明的实施例,使用全裙式的样品固持器20将允许沿着样品固持器20的短侧使用推出器机构48与将裙部的长侧凹陷到适配器28中组合以便在样品固持器20的所有四个侧上提供推出力。利用产生弹簧悬臂力以辅助在抬起加热罩之后移除样品固持器20的实施例提供确保完全移除的优点。在热循环期间涉及的温度可复杂化完全移除,因为热可引起样品固持器20的热翘曲,例如当使用热循环期间的较高温度时或当样品固持器20包括较容易发生热翘曲的非硬壳材料时。
进一步参考图3,在一个实施例中,滴盘16和适配器28包含对应的匹配特征。对应的匹配特征充当自定位特征以确保适配器28的恰当放置。在所说明的实施例中,滴盘16的侧壁32包含突出部56,且适配器28的唇缘46包含凹部58。突出部56配置成在适配器28由滴盘16收纳时与凹部58接合。以所述方式,适配器28在其于操作期间由机器人臂(未展示)意外地击中的情况下不太可能移位。
现参考图2和4A,更详细地展示示范性样品固持器20。样品固持器20包含平台部分44,其支撑呈常规阵列或矩阵的多个样品孔22。平台部分44用以连接靠近或位于每一样品孔22的顶部处的邻近样品孔22且将其固持在所要矩阵中。样品孔22设计成具有大体上薄的壁以允许在样品块14与孔的内含物之间进行热传递。平台部分44的周边60通常形成有在平台部分44下方向下延伸的裙壁62。裙壁62可在样品固持器20的模制期间与平台部分44一体地形成且通常围绕样品固持器20形成具有恒定高度的连续壁。在所说明的实施例中,样品固持器20是半裙式的,这意谓裙壁62不延伸到样品孔22的底部。裙壁62在样品固持器20放置在表面上时向其赋予稳定性,且在正处置样品固持器20时向其赋予一些刚度。样品固持器20配置成定位于样品块14和适配器28上方。加热罩(未展示)可向样品固持器20提供向下力。向下力在样品固持器20、样品块14与热块组合件(未展示)的其它组件之间提供竖直压缩,从而可改进样品块14与样品固持器20之间的热接触以加热和冷却样品孔22中的样品。加热罩还可阻止或最小化样品孔22中所含有的样品上方的冷凝和蒸发,从而可有助于维持到样品的光学接入。
再次参考图3和4A,样品固持器20的样品孔22配置成收纳多个样品。样品孔22可通过样品孔22与加热罩(未展示)之间的盖、罩盖、密封膜或其它密封机构密封在样品固持器20内。样品固持器20的各种实施例中的样品孔22可包含凹口、凹痕、隆脊和其组合,其在形成于样品固持器20的表面上的规则或不规则阵列中图案化。样品或反应容积也可位于形成于衬底中的孔或凹痕、分布在表面衬底上的溶液的点或其它类型的反应腔室或规格内,例如位于微流体系统的测试部位或容积内的样品或溶液,或位于较小珠粒或球体之内或之上的样品或溶液。固持在样品孔22内的样品可包含以下中的一个或多个:至少一个靶核酸序列、至少一种引物、至少一种缓冲液、至少一种核苷酸、至少一种酶、至少一种洗涤剂、至少一种阻断剂,或至少一种染料、标记器和/或适于检测目标或参考核酸序列的探测器。
参考图4A和4B,更详细地展示样品块14、适配器28和样品固持器20的配置。用户可定位适配器28,使得适配器28的外围侧壁42围绕样品块14的外围侧壁26定位。样品块14的腔18中的一些与适配器28的孔口38对准,而其它腔18与开口50对准(未在图4B的横截面中展示)。接着,用户可将样品固持器20定位在样品块14上。样品固持器20的样品孔22延伸通过适配器28的孔口38或开口50并进入样品块14的腔18。适配器28的平台部分36可配置成维持样品固持器20的样品孔22与样品块14的腔18之间的恰当接合。举例来说,适配器28的平台部分36的厚度可被设计以便允许样品孔22恰当地延伸到腔18中。如果平台部分36的厚度太大且样品孔22并不与腔18恰当地接合,那么样品孔22与腔18之间的热传递可受显著影响,从而导致过程低效。当样品固持器20由样品块14收纳时,适配器28的外围侧壁42朝向样品固持器20在向上方向上延伸。换句话说,适配器28的外围侧壁42在从样品块14的底座30朝向样品固持器20的平台部分44的方向上延伸。此外,外围侧壁42在样品固持器20的裙壁62与样品块14的外围侧壁26之间的空间中侧向地延伸。以此方式,适配器28的外围侧壁42保护样品块14的外围侧壁26在PCR过程期间免受将干涉热传递的不当气流影响。
有利的是,适配器28的配置允许热循环仪系统10与在设计上变化的样品固持器兼容。举例来说,可市面上购得的样品固持器的外围侧壁的设计可变化。参考图5,样品固持器64展示为定位于适配器28上。如可看出,样品固持器64具有不同于图4A和4B中所展示的样品固持器20的设计的设计。因此,适配器28配置成收纳多种样品固持器。
虽然已通过描述其具体实施例来说明本发明且虽然已相当详细地描述实施例,但并不打算将所附权利要求书的范围限制或以任何方式限制为此类细节。本文中所论述的各种特征可单独使用或以任何组合使用。所属领域的技术人员将容易地看出额外优点和修改。因此,本发明在其较宽方面并不限于所展示并且描述的具体细节、代表性设备和方法以及说明性实例。因此,可在不脱离整体发明概念的范围或精神的情况下对此类细节进行变更。