專利名稱：熱循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制反應(yīng)混合物的溫度的設(shè)備和方法，具體涉及用于核酸擴(kuò)增的 熱循環(huán)裝置。然而，應(yīng)理解的是，本發(fā)明不局限于該特定的使用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本說明書中對任何在先公開(或來源于任何在先公開的信息)、或?qū)σ阎娜魏?主題的參考不作為、并且不應(yīng)作為在先公開(或來源于在先公開的信息)或已知的主題形 成本說明書所涉及的努力領(lǐng)域中的公共常識的一部分的確認(rèn)或承認(rèn)或任何形式的建議。PCR是包括多次循環(huán)的技術(shù)，其在每次完成循環(huán)時產(chǎn)生確定的多核苷酸序列的 指數(shù)式擴(kuò)增。PCR技術(shù)是眾所周知的并且已在許多書籍中描述，包括PCR:A Practical Approach M. J. McPherson IRLPress (1991) > PCR Protocols Jnnis 等的 A Guide to Methods andApplications, Academic Press(1990)和 PCR Technology :Principals andApplications for DNA Amplification H. A. Erlich, Stockton Press (1989)。PCR 還在許多美國專利中描述，包括 U. S. 4，683，195 ；4，683，202 ；4，800，159 ；4，965，188 ； 4，889，818 ；5，075，216 ；5，079，352 ；5，104，792 ；5，023，171 ；5，091，310 和 5，066，584。PCR技術(shù)典型地包括步驟使多核苷酸變性、繼之以步驟使至少一對寡核苷酸引物 (primer oligonucleotides)退火成變性的多核苷酸，即將引物雜交成變性的多核苷酸模 板。在退火步驟之后，具有聚合酶活性的酶催化新多核苷酸鏈的合成，該合成結(jié)合寡核苷酸 引物并將初始變性的多核苷酸用作合成模板。該系列的步驟(變性、引物退火、和引物延 伸)構(gòu)成PCR循環(huán)。當(dāng)重復(fù)循環(huán)時，因?yàn)閬碜暂^早循環(huán)的新合成的多核苷酸能在隨后循環(huán)中用作用于 合成的模板，所以新合成的多核苷酸的量指數(shù)增長。典型地成對選擇能退火成給定雙鏈多 核苷酸序列的相反鏈的寡核苷酸引物，使得擴(kuò)增兩個退火部位之間的區(qū)域。DNA的變性典型地出現(xiàn)在大約90 V至95°C，典型地在大約40 V至60 V執(zhí)行使弓丨物 退火到變性的DNA，而典型地在大約70°C至75°C執(zhí)行通過聚合酶使退火引物延伸的步驟。 因此，在PCR循環(huán)期間，必需改變反應(yīng)混合物的溫度，并且在多循環(huán)PCR試驗(yàn)期間必需多次 改變反應(yīng)混合物的溫度。PCR技術(shù)具有各種各樣的生物應(yīng)用，例如包括DNA序列分析、探針產(chǎn)生(probe generation)、核酸序列的克隆、定點(diǎn)突變、遺傳突變的檢測、病毒感染的診斷、分子“指紋圖 譜”和生物流體及其它源中污染微生物的監(jiān)控。除PCR之外，包括如在授予Landegren和Hood的美國專利No. 4，988，617中公開的 連接酶鏈反應(yīng)的其它體外的擴(kuò)增過程是已知的，并有利地用于現(xiàn)有技術(shù)。一般地說，生物技 術(shù)領(lǐng)域中已知的幾種重要方法，諸如核酸雜交和排序，取決于以受控方式改變包含樣本分 子的溶液的溫度。常規(guī)的方法依賴于通過不同的溫度帶循環(huán)的單獨(dú)的孔或管(individual wells)的使用。例如，在現(xiàn)有技術(shù)中公開了用于DNA擴(kuò)增和排序的多個熱“循環(huán)器”，其中 溫度受控元件或“塊(block)”保存反應(yīng)混合物，并且其中隨時間改變塊的溫度。這些裝置的一個優(yōu)點(diǎn)是能同時處理相對大量的樣本，例如通常采用96孔板(well plates)。然而，這 樣的裝置具有的各種缺陷在于，它們循環(huán)反應(yīng)混合物相對慢，它們操作起來能源消耗量相 對大，溫度控制不理想，以及反應(yīng)混合物現(xiàn)場的檢測困難。在努力避免這些缺點(diǎn)中的若干缺點(diǎn)的過程中，已研制了其它的熱循環(huán)器，其中用 于保存反應(yīng)混合物的多個容器支撐在可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上，該可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤以可旋轉(zhuǎn)的方式安 裝在適合于受熱和受冷的腔室內(nèi)。例如，見授予Wittwer等的美國專利No. 7，081，226。然 而，這些裝置仍具有各種缺點(diǎn)。例如，對反應(yīng)混合物的溫度的控制不理想，對反應(yīng)混合物的 加熱和冷卻的速度的控制不理想，并且這些裝置具有相對低的能量效率。因此，仍然需要用于PCR的熱循環(huán)器，其提供反應(yīng)混合物改善的溫度控制、使用不 復(fù)雜、能提供在試樣容器中出現(xiàn)的反應(yīng)的實(shí)時分析、并且能量高效。本發(fā)明尋求克服或改善上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)中的至少一個缺點(diǎn)，或者提供有用的 替代。

發(fā)明內(nèi)容
在第一種廣泛的形式中，本發(fā)明尋求提供用于控制在反應(yīng)容器內(nèi)保存的反應(yīng)混合 物的溫度的設(shè)備，所述設(shè)備包括a)輻射源，所述輻射源用于使反應(yīng)容器暴露于輻射，從而加熱反應(yīng)混合物；b)溫度傳感器，所述溫度傳感器用于檢測表示反應(yīng)混合物溫度的溫度；以及c)控制器，所述控制器用于根據(jù)反應(yīng)混合物溫度控制輻射源，從而選擇性地加熱 反應(yīng)混合物。典型地，所述設(shè)備包括用于加熱包含反應(yīng)容器的腔室的熱源。典型地，所述控制器用于a)至少部分地利用輻射源提高反應(yīng)混合物的溫度；以及b)至少部分地利用熱源維持反應(yīng)混合物的溫度。典型地，所述設(shè)備包括用于冷卻反應(yīng)混合物的冷卻機(jī)構(gòu)。典型地，所述冷卻機(jī)構(gòu)用于從高溫冷卻反應(yīng)混合物。典型地，所述冷卻機(jī)構(gòu)向包含反應(yīng)容器的腔室供應(yīng)環(huán)境空氣。典型地，所述冷卻機(jī)構(gòu)向包含反應(yīng)容器的腔室供應(yīng)冷卻流體。典型地，所述溫度傳感器為紅外傳感器。典型地，所述溫度傳感器是用于感測反應(yīng)混合物中與溫度相關(guān)的指示劑的顏色的 光學(xué)傳感器。典型地，所述溫度傳感器感測反應(yīng)混合物的溫度。典型地，所述溫度傳感器感測反應(yīng)容器溫度，并且所述控制器用于利用反應(yīng)容器 溫度確定反應(yīng)混合物溫度。典型地，所述溫度傳感器感測腔室溫度，并且所述控制器用于利用腔室溫度確定 反應(yīng)混合物溫度。典型地，所述輻射源產(chǎn)生紅外輻射。典型地，所述輻射源產(chǎn)生光輻射。典型地，所述設(shè)備包括用于在使用中接納反應(yīng)容器的腔室。
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典型地，所述設(shè)備包括用于接納多個反應(yīng)容器的座架，所述輻射源和座架被布置 成允許多個反應(yīng)容器中的一個或多個反應(yīng)容器的加熱。典型地，所述設(shè)備包括用于使座架相對于輻射源運(yùn)動的驅(qū)動器。典型地，所述控制器用于控制驅(qū)動器，從而選擇性地加熱多個反應(yīng)容器的相應(yīng)反 應(yīng)容器中的反應(yīng)混合物。典型地，所述輻射源使加熱區(qū)域暴露于輻射，并且所述控制器通過使反應(yīng)容器選 擇性地暴露于加熱區(qū)域來控制反應(yīng)混合物的加熱。典型地，所述控制器是處理系統(tǒng)。典型地，所述控制器用于a)將反應(yīng)混合物溫度提高至第一溫度值，以使反應(yīng)混合物中的多核苷酸變性；b)將反應(yīng)混合物溫度降低至第二溫度值，以使反應(yīng)混合物中的多核苷酸退火；以 及c)將反應(yīng)混合物溫度提高至第三溫度值，以使變性的多核苷酸雜交。典型地，所述控制器用于a)利用從溫度傳感器得到的信號確定反應(yīng)混合物溫度；以及b)基于反應(yīng)混合物溫度控制輻射源，以便允許反應(yīng)混合物溫度可控制。典型地，所述控制器用于a)控制輻射源，以將反應(yīng)混合物溫度提高至第一溫度值；b)控制熱源，以將反應(yīng)混合物溫度維持在第一溫度值；c)控制冷卻機(jī)構(gòu)，從而將反應(yīng)混合物溫度降低至第二溫度并將反應(yīng)混合物溫度維 持在第二溫度；以及d)控制輻射源，從而將反應(yīng)混合物溫度提高至第三溫度值；以及e)控制熱源，以將反應(yīng)混合物溫度維持在第三溫度值。典型地，所述輻射源適合于選擇性地產(chǎn)生預(yù)定的加熱區(qū)域，并且所述設(shè)備包括適 合于選擇性地產(chǎn)生預(yù)定的冷卻區(qū)域的冷卻劑供應(yīng)口，其中分別大致鄰近加熱器和冷卻劑供 應(yīng)口產(chǎn)生預(yù)定的加熱區(qū)域和預(yù)定的冷卻區(qū)域，使得通過反應(yīng)容器對加熱區(qū)域和/或冷卻區(qū) 域選擇性的暴露能控制反應(yīng)混合物的溫度。典型地，所述反應(yīng)容器至少部分地透射輻射。典型地，所述輻射具有根據(jù)反應(yīng)容器特性和反應(yīng)混合物特性中的至少一個選擇的 波長。在第二種廣泛的形式中，本發(fā)明尋求提供一種用于控制在反應(yīng)容器內(nèi)保存的反應(yīng) 混合物的溫度的方法，所述方法包括，在控制器中a)利用從溫度傳感器得到的信號確定反應(yīng)混合物溫度；以及b)控制輻射源，所述輻射源用于使反應(yīng)容器暴露于輻射，從而加熱反應(yīng)混合物； 基于反應(yīng)混合物溫度控制輻射源，以便允許反應(yīng)混合物溫度可控制。在第三種廣泛的形式中，本發(fā)明尋求提供用于控制在反應(yīng)容器內(nèi)保存的反應(yīng)混合 物的溫度的設(shè)備，所述設(shè)備包括i)適合于選擇性地產(chǎn)生預(yù)定的加熱區(qū)域的加熱器和適合于選擇性地產(chǎn)生預(yù)定的 冷卻區(qū)域的冷卻劑供應(yīng)口，其中分別大致鄰近加熱器和冷卻劑供應(yīng)口產(chǎn)生預(yù)定的加熱區(qū)域和預(yù)定的冷卻區(qū)域，使得通過反應(yīng)容器對加熱區(qū)域和/或冷卻區(qū)域選擇性的暴露能控制反 應(yīng)混合物的溫度。典型地，所述加熱器為一個或多個IR發(fā)射器。典型地，所述冷卻劑供應(yīng)口包括鄰近加熱器設(shè)置的多個孔，并且所述冷卻劑是環(huán)
境空氣。典型地，多個反應(yīng)容器被設(shè)置成陣列。典型地，通過反應(yīng)容器對加熱區(qū)域或冷卻區(qū)域根據(jù)預(yù)定的熱曲線選擇性的暴露能 控制反應(yīng)混合物的溫度。典型地，所述預(yù)定的熱曲線適合于核酸擴(kuò)增。典型地，所述加熱區(qū)域和冷卻區(qū)域大致重合。在第四種廣泛的形式中，本發(fā)明尋求提供一種用于控制在反應(yīng)容器內(nèi)保存的反應(yīng) 混合物的溫度的方法，所述方法包括步驟i)提供適合于選擇性地產(chǎn)生預(yù)定的加熱區(qū)域的加熱器；以及ii)提供適合于選擇性地產(chǎn)生預(yù)定的冷卻區(qū)域的冷卻劑供應(yīng)口 ；iii)其中分別大致鄰近加熱器和冷卻劑供應(yīng)口產(chǎn)生預(yù)定的加熱區(qū)域和預(yù)定的冷 卻區(qū)域；以及iv)通過反應(yīng)容器對加熱區(qū)域和/或冷卻區(qū)域選擇性的暴露控制反應(yīng)混合物的溫度。在第五種廣泛的形式中，本發(fā)明尋求提供一種用于控制在反應(yīng)容器內(nèi)保存的反應(yīng) 混合物的溫度的方法，所述方法包括步驟i)使反應(yīng)容器選擇性地暴露于預(yù)定的加熱區(qū)域和/或預(yù)定的冷卻區(qū)域，其中分別 大致鄰近加熱器和冷卻劑供應(yīng)口產(chǎn)生預(yù)定的加熱區(qū)域和預(yù)定的冷卻區(qū)域。應(yīng)理解的是，可單獨(dú)地或以組合的形式使用本發(fā)明的廣泛形式，并且本發(fā)明的廣 泛形式可用于包括但不局限于核酸擴(kuò)增的不同應(yīng)用范圍中的溫度控制。


現(xiàn)在將參考附圖僅通過示例描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中圖1是用于控制反應(yīng)混合物的溫度的設(shè)備的示例的示意圖；圖2是用于利用圖1的設(shè)備控制反應(yīng)混合物的溫度的過程的示例的流程圖；圖3A是用于控制反應(yīng)混合物的溫度的設(shè)備的第二示例的示意性側(cè)視圖；圖3B是圖3B的設(shè)備的一部分的示意性平面圖；圖4是控制器的示例的示意圖；圖5是用于控制反應(yīng)混合物的溫度的設(shè)備的第三示例的頂部透視圖，示出支撐設(shè) 置在IR加熱器和多個冷卻口上方的多個反應(yīng)容器的可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤；圖6是圖1所示的可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤和IR加熱器的頂部透視圖；圖7是具有IR加熱器/反射器裝置和冷卻口的基板的示例的頂部透視圖；圖8是圖7的一部分的近視圖，示出鄰近IR加熱器/反射器設(shè)置的非接觸式溫度 傳感器；圖9示出設(shè)置在殼體中的如圖7所示的設(shè)備；
圖10是與圖8類似并且還示出反應(yīng)容器的視圖；圖11是與圖5類似的視圖；以及圖12是用于控制反應(yīng)混合物的溫度的設(shè)備的部件的示例的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將對附圖作出參考，其中相同的附圖標(biāo)記始終指的是相同的部件?，F(xiàn)在將參考圖1描述用于控制在反應(yīng)容器內(nèi)保存的反應(yīng)混合物的溫度的示例設(shè)備。在該示例中，設(shè)備100包括包含輻射源110的腔室101，輻射源110用于使反應(yīng)容 器121暴露于輻射，從而加熱設(shè)置在其中的反應(yīng)混合物120。輻射源可以是任何合適形式的 輻射源，但典型地呈用于產(chǎn)生紅外輻射的紅外加熱器形式。然而，在其它示例中，能將一個 或多個激光器、發(fā)光二極管(LED)等用于產(chǎn)生光輻射或紅外輻射。輻射能用于加熱反應(yīng)容 器，該反應(yīng)容器繼而加熱反應(yīng)混合物?？蛇x擇地，例如，如果反應(yīng)容器至少部分地透射輻射，則輻射可直接加熱反應(yīng)混合 物中的一種或多種組分。在這點(diǎn)上，將理解的是，能根據(jù)反應(yīng)容器特性和反應(yīng)混合物特性中 的至少一個選擇輻射的波長。因此，反應(yīng)容器特性諸如容器厚度和所使用的材料、以及反應(yīng) 混合物特性諸如混合物成分能用于選擇輻射波長，使得輻射中的至少一些輻射會穿過反應(yīng) 容器并為反應(yīng)混合物所吸收。然而，應(yīng)理解的是，作為選擇，能取決于由輻射源所產(chǎn)生的輻 射的波長選擇反應(yīng)容器特性、和/或反應(yīng)混合物特性。反應(yīng)容器可被設(shè)置成聯(lián)接至允許使多個容器相對于輻射源移動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)的陣 列，允許反應(yīng)容器選擇性地和/或周期性地暴露于輻射。這能用于幫助控制反應(yīng)過程，以及 允許同時處理多種反應(yīng)混合物。溫度傳感器130設(shè)置在腔室101內(nèi)，用于感測表示反應(yīng)混合物溫度的溫度?？梢?通過任何合適的方式執(zhí)行溫度感測，包括利用紅外傳感器，諸如熱電堆傳感器?？蛇x擇地， 反應(yīng)混合物能夠包含具有與溫度相關(guān)的顏色的指示劑諸如染料或其它著色劑，以便允許利 用光學(xué)傳感器感測溫度。雖然可以直接確定反應(yīng)混合物的溫度，但另外的替代是檢測反應(yīng) 容器121的溫度。還能夠或可選擇地檢測腔室101內(nèi)的空氣的溫度，以便允許例如利用合 適的算法從空氣的溫度得到反應(yīng)混合物溫度?？刂破?40被設(shè)置成聯(lián)接至溫度傳感器130和輻射源110。在使用中，控制器140 利用從溫度傳感器130得到的信號確定反應(yīng)混合物溫度。于是，控制器140基于反應(yīng)混合 物溫度控制輻射源110，以便允許反應(yīng)混合物溫度可控制。因此，這允許控制器140控制反 應(yīng)混合物的熱循環(huán)，例如供諸如PCR的核酸擴(kuò)增過程中使用。因此，控制器140適合于監(jiān)控來自溫度傳感器130的信號，并控制輻射源110。因 此，控制器能夠是任何合適的控制器形式，諸如合適編程的處理系統(tǒng)、FPGA(現(xiàn)場可編程門 陣列)等。在一個示例中，諸如對流加熱器150的附加熱源能夠用于加熱腔室101，以輔助提 高和/或維持反應(yīng)混合物溫度。對流加熱器150典型地由控制器140基于反應(yīng)混合物溫度 或腔室101的溫度控制。在一個示例中，還能由冷卻機(jī)構(gòu)160提供冷卻。這能取決于優(yōu)選的實(shí)施方式將環(huán)
9境空氣或冷卻劑用于直接冷卻反應(yīng)容器或者用于冷卻腔室101。冷卻機(jī)構(gòu)典型地由控制器 140基于反應(yīng)混合物溫度或腔室溫度控制，以便提高在溫度控制過程期間所執(zhí)行的任何冷 卻的速度。在一個示例中，使用使反應(yīng)容器暴露從而加熱反應(yīng)容器或直接加熱反應(yīng)混合物的 輻射源，避免加熱整個腔室101的需求。這能減少加熱反應(yīng)混合物所需的時間，這繼而能減 少熱循環(huán)時間、以及由此執(zhí)行PCR或其它擴(kuò)增過程所需的時間。這還能減少獲得在執(zhí)行這 樣的過程中所使用的反應(yīng)混合物溫度所需的能量的量，從而減少設(shè)備總的能量需求。在有些示例中，諸如對流加熱器150的附加熱源能用于加熱腔室101，以輔助維持 反應(yīng)混合物的溫度穩(wěn)定性。這能減少獲得必需的反應(yīng)混合物溫度所花費(fèi)的時間，同時允許 獲得較強(qiáng)的反應(yīng)混合物的溫度穩(wěn)定性。冷卻機(jī)構(gòu)160的使用還能輔助進(jìn)一步減少溫度循環(huán)時間。在一個示例中，還能對反應(yīng)容器或直接對反應(yīng)混合物執(zhí)行溫度感測。這在確定反 應(yīng)混合物溫度中比例如在感測腔室中的空氣的溫度時可出現(xiàn)的提供較高的精度。這提高能 控制反應(yīng)混合物溫度的精度，這繼而有助于使擴(kuò)增處理的效率最大化，同時避免從腔室空 氣溫度得到反應(yīng)混合物溫度而實(shí)現(xiàn)大量計算的算法的需求?，F(xiàn)在將參考圖2描述示例的溫度控制循環(huán)。在該示例中，在步驟200，控制器140啟動輻射源110，并利用溫度傳感器130監(jiān)控 反應(yīng)混合物的溫度。在步驟210，確定反應(yīng)混合物是否達(dá)到典型地大約90°C至95°C的第一 溫度，如果沒有，則在步驟200繼續(xù)加熱過程。一旦達(dá)到第一溫度，則在步驟220，控制器140控制加熱過程以在第一溫度將反應(yīng) 混合物維持諸如20-30秒這樣的所需的第一時間段，從而允許DNA的變性出現(xiàn)。應(yīng)理解的 是，諸如1-9分鐘的較長的時間段可用于熱起動PCR反應(yīng)的第一次循環(huán)?？苫谡趫?zhí)行 的PCR反應(yīng)預(yù)編程時間段，或者可通過指示器對反應(yīng)混合物的光學(xué)感測檢測該時間段?？衫萌魏魏线m的技術(shù)將反應(yīng)混合物保持在所需的溫度。因此，在一個示例中，控 制器140能控制由輻射源110所產(chǎn)生的輻射量。另外地或可選擇地，可使用諸如對流加熱 器的熱源150。一旦完成變性步驟，則將反應(yīng)混合物冷卻至典型地40°C至60°C的第二溫度值。冷 卻過程典型地包括在控制器140利用溫度傳感器130監(jiān)控反應(yīng)混合物溫度的情況下，在步 驟230使控制器140停用輻射源110和/或?qū)α骷訜崞?50，以便允許反應(yīng)混合物冷卻。冷 卻機(jī)構(gòu)160還可用于加速冷卻過程。在步驟240，確定反應(yīng)混合物是否達(dá)到第二溫度值，如 果沒有，則在步驟230繼續(xù)冷卻過程。一旦達(dá)到第二溫度值，則在步驟250，控制器140控制輻射源110以將反應(yīng)混合物 維持在第二溫度值典型地20-40秒的所需的第二時間段，從而允許DNA退火到引物的出現(xiàn)。 此外，可利用任何合適的技術(shù)將反應(yīng)混合物保持在所需的溫度，并且可預(yù)編程或檢測時間 段。其后，在步驟260通過使控制器140啟動輻射源來將反應(yīng)混合物溫度加熱至第三 溫度值，并利用溫度傳感器130監(jiān)控反應(yīng)混合物的溫度。在步驟270，確定反應(yīng)混合物是否 達(dá)到典型地大約70°C至75°C的第三溫度，如果沒有，則在步驟260繼續(xù)加熱過程。一旦達(dá) 到第三溫度，則在步驟280，控制器140將反應(yīng)混合物維持在第三溫度第三時間段，從而執(zhí)
10行DNA的延伸。第三時間段取決于諸如所使用的DNA聚合酶的因素，并且可再次檢測或預(yù) 編程該第三該時間段。應(yīng)理解的是，這是單次循環(huán)的示例，而在實(shí)踐中，許多次的循環(huán)、以及可選擇的最 終保持步驟將用于執(zhí)行PCR或其它的擴(kuò)增過程?，F(xiàn)在將參考圖3描述用于控制反應(yīng)過程的溫度的設(shè)備的示例。在該示例中，設(shè)備300包括限定腔室311的本體310和蓋312。腔室311包括用于 接納轉(zhuǎn)盤321的座架320。轉(zhuǎn)盤321包括用于接納包含反應(yīng)混合物的反應(yīng)容器323的許多 孔 322。座架320聯(lián)接至以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝在軸承331中的軸330。驅(qū)動馬達(dá)332例如 通過驅(qū)動皮帶324聯(lián)接至軸331，以便允許轉(zhuǎn)盤321在腔室311內(nèi)旋轉(zhuǎn)。提供橫跨腔室311 延伸的壁313，以將驅(qū)動馬達(dá)332和軸承331與轉(zhuǎn)盤321分開。壁313典型地包括其中具有 網(wǎng)狀物314的孔，用于允許空氣流過網(wǎng)狀物314。腔室311包括典型地安裝至壁313的呈IR加熱器340形式的輻射源。在一個示 例中，加熱器340包括槽341和導(dǎo)體342。在使用中，通過導(dǎo)體342的電流使導(dǎo)體342發(fā)熱， 這繼而產(chǎn)生從導(dǎo)體342的表面發(fā)射的紅外輻射。于是，槽發(fā)射輻射，使得輻射撞擊反應(yīng)容器 323。在該示例中，還提供安裝至壁313的光學(xué)傳感器350，以基于反應(yīng)混合物中指示劑 的顏色感測反應(yīng)狀態(tài)。光學(xué)傳感器350能夠包括諸如激光器的照明源以及用于檢測反射的 照明的對應(yīng)光學(xué)傳感器。如圖3B所示，在一個示例中，由于光學(xué)傳感器的定位，IR加熱器330可圍繞轉(zhuǎn)盤 321的周長的僅部分延伸，以便允許在光學(xué)傳感器350與反應(yīng)容器323之間維持視線。然 而，這不是必需的，并且可使用用于光學(xué)傳感器350的可替代位置，如在360處所示，以便允 許加熱器330圍繞轉(zhuǎn)盤321的整個周長延伸。使加熱器330僅部分地圍繞轉(zhuǎn)盤321的周長延伸能提供多個優(yōu)點(diǎn)。例如，這提供 僅在轉(zhuǎn)盤321的周長的一部分上加熱允許對于轉(zhuǎn)盤321旋轉(zhuǎn)的僅部分加熱反應(yīng)容器，這能 輔助溫度穩(wěn)定性。然而，在其它示例中，能利用圍繞整個轉(zhuǎn)盤321延伸的加熱器獲得更均勻 的加熱。在一個示例中，光學(xué)傳感器350通過檢測反應(yīng)混合物中的溫度敏感的指示劑的顏 色而用作溫度傳感器。與溫度相關(guān)的指示劑可例如利用應(yīng)用于其的與溫度相關(guān)的材料可選 擇地結(jié)合到反應(yīng)容器中，或者實(shí)際地結(jié)合到反應(yīng)容器材料中。應(yīng)理解的是，利用光學(xué)傳感器 感測反應(yīng)混合物或反應(yīng)容器的溫度避免了對附加傳感器的需求。這降低設(shè)備的復(fù)雜性和總 成本?？蛇x擇地，例如，如在360處所示，可提供附加的溫度傳感器。該附加的傳感器能 呈IR傳感器的形式，在這樣的情況下，IR傳感器被定位成檢測反應(yīng)混合物或反應(yīng)容器的溫 度，同時避免檢測從IR加熱器330發(fā)射的輻射。另外地或可選擇地，可以利用合適的傳感器(未示出)感測空氣腔室溫度。然而， 這通常不如直接檢測反應(yīng)腔室或混合物的溫度靈敏或精確，這會降低溫度控制的效率。腔室311包括風(fēng)扇371，以允許環(huán)境空氣從腔室311外面循環(huán)通過腔室311。在一 個示例中，為了在空氣進(jìn)入腔室之前加熱環(huán)境空氣還可以設(shè)置熱源372，從而提供反應(yīng)腔室的對流加熱。應(yīng)理解的是，設(shè)備還典型地包括控制器，現(xiàn)在將參考圖4描述所述控制器的示例。在該示例中，控制器400包括經(jīng)由總線414聯(lián)接到一起的處理器410、存儲器411、 諸如鍵盤和顯示器的輸入/輸出裝置412、以及接口 413。可提供接口 413，以允許控制器 400聯(lián)接至加熱器330、驅(qū)動器332、傳感器350、360、風(fēng)扇371和熱源372中的任何一個或 多個。接口還可包括用于向諸如條形碼掃描器、計算機(jī)系統(tǒng)等的外圍裝置提供連接的外部 接口。因此，應(yīng)理解的是，控制器400可由任何合適的處理系統(tǒng)、FPGA等形成。在使用中，處理器410典型地執(zhí)行諸如存儲在存儲器411中的軟件指令的指令，以 確定待執(zhí)行的熱循環(huán)過程。這可通過訪問存儲在存儲器411中的預(yù)置熱曲線和/或通過利 用經(jīng)由輸入裝置供應(yīng)的輸入命令來實(shí)現(xiàn)。于是，處理器410產(chǎn)生控制信號，以控制加熱器330、驅(qū)動器332、和可選擇地風(fēng)扇 371或熱源372的操作，以便開始熱循環(huán)過程。在該過程期間，處理器410從傳感器350、360 中的一個或多個傳感器接收信號，并且典型地通過利用存儲在存儲器411中的解釋這些信 號的信息來利用所述信號確定反應(yīng)混合物溫度。處理器410還可以例如利用由光學(xué)傳感器 350確定的信號確定反應(yīng)狀態(tài)。處理器410將反應(yīng)混合物溫度和可選擇地反應(yīng)狀態(tài)用作反饋，以控制加熱器330、 驅(qū)動器332、和可選擇地風(fēng)扇371或熱源372的操作，從而允許大致如以上參考圖2所描述 地實(shí)現(xiàn)熱循環(huán)過程?，F(xiàn)在將參考圖5至12描述其它的示例設(shè)備，所述圖5至12示出用于控制用于核 酸擴(kuò)增的反應(yīng)混合物的溫度的設(shè)備1。設(shè)置可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤2用于支撐多個反應(yīng)容器3，所述多個反應(yīng)容器3用于保存多種 反應(yīng)混合物(未示出)。反應(yīng)容器3優(yōu)選地由塑料材料形成，并適合于相對迅速的熱平衡并 允許反應(yīng)混合物的檢測。反應(yīng)容器3可填充有任何反應(yīng)混合物，然而，在這里設(shè)想的實(shí)施例 中，反應(yīng)混合物用于核酸擴(kuò)增并相應(yīng)地構(gòu)造熱循環(huán)器設(shè)備1，即熱循環(huán)程序具體適合于根據(jù) 如以下所討論的預(yù)定熱循環(huán)曲線的核酸擴(kuò)增。設(shè)置至少一個加熱器4用于向反應(yīng)容器3供應(yīng)熱，并且設(shè)置至少一個冷卻劑供應(yīng) 口 5用于向反應(yīng)容器3供應(yīng)冷卻劑。加熱器4和冷卻劑供應(yīng)口 5適合于分別選擇性地產(chǎn)生 預(yù)定的加熱區(qū)域和預(yù)定的冷卻區(qū)域。分別大致鄰近加熱器4和冷卻劑供應(yīng)口 5產(chǎn)生這些區(qū) 域，使得通過反應(yīng)容器3對加熱區(qū)域和/或冷卻區(qū)域選擇性的暴露能控制反應(yīng)混合物的溫 度。產(chǎn)生的“預(yù)定區(qū)域”可以被限定為在空間中受熱/受冷的相對有限的或受限的面積或 范圍。因此，對于加熱/冷卻容納設(shè)備1的整個腔室(未示出)，將反應(yīng)容器3引入到區(qū)域 中、或?qū)⒎磻?yīng)容器3暴露于區(qū)域來加熱/冷卻反應(yīng)容器3是優(yōu)選的。設(shè)備1與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比較能更迅速地循環(huán)反應(yīng)混合物，從而減少執(zhí)行擴(kuò)增 所需的時間。此外，由于僅加熱和冷卻反應(yīng)混合物，所以與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比較不僅能減 少循環(huán)時間，而且可改善對反應(yīng)溫度的控制程度。通過實(shí)時檢測反應(yīng)混合物的實(shí)際溫度、并 向用于控制由加熱器4提供的熱量和由冷卻劑供應(yīng)口 5向反應(yīng)容器供應(yīng)的冷卻劑量的控制 環(huán)提供反饋，這進(jìn)一步被改善。通過測量在反應(yīng)容器3中出現(xiàn)的反應(yīng)的實(shí)際過程，并將反應(yīng) 的過程用作用于對供應(yīng)至反應(yīng)容器3的熱量和冷卻劑量進(jìn)行控制的控制信號，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步 的改善。
加熱器4優(yōu)選地呈諸如紅外(IR)加熱器/發(fā)射器6的非接觸式加熱器形式，其方 便地位于容納可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤2的腔室的底部并緊密接近旋轉(zhuǎn)的反應(yīng)容器3。IR加熱器6優(yōu) 選地為具有大約2mm的外徑和1. 5mm的內(nèi)徑的不銹鋼管。IR加熱器6優(yōu)選地為具有與可旋 轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤2的直徑相似的直徑的圓形。應(yīng)理解的是，IR加熱器6應(yīng)適合于向反應(yīng)容器3供 應(yīng)熱，以便基本上加熱在反應(yīng)容器3周圍的局部區(qū)域。優(yōu)選地還設(shè)置拋物面反射器7。反射 器7優(yōu)選地適合于大致將由IR加熱器6提供的熱集中到反應(yīng)容器3上。冷卻劑供應(yīng)口 5可以是鄰近反射器板7設(shè)置的環(huán)形狹槽。然而，在其它示例中，冷 卻劑供應(yīng)口 5包括鄰近反射器板7設(shè)置的多個周向間隔開的孔8。冷卻劑供應(yīng)孔8優(yōu)選地 適合于使冷卻劑直接撞擊到反應(yīng)容器3上。這樣，在反應(yīng)容器3周圍建立冷卻的局部區(qū)域。 冷卻劑優(yōu)選地為環(huán)境空氣，然而，可預(yù)冷環(huán)境空氣。優(yōu)選地可以通過熱電堆檢測器9在熱循環(huán)試驗(yàn)期間測量/感測反應(yīng)容器3的溫 度。反應(yīng)容器的測得溫度可反饋到控制環(huán)，諸如編碼到控制微處理器10中的比例積分微分 (PID)型控制器，其能調(diào)節(jié)供應(yīng)至容器3的熱量和冷卻劑量。應(yīng)理解的是，在熱循環(huán)試驗(yàn)期 間不僅能測量/感測反應(yīng)容器3的溫度，而且還可監(jiān)控在反應(yīng)容器3中出現(xiàn)的反應(yīng)的進(jìn)程。 監(jiān)控可通過任何裝置進(jìn)行，然而一個優(yōu)選示例是通過利用包括在反應(yīng)混合物中的熒光探針 進(jìn)行。監(jiān)控優(yōu)選地通過光源11、濾光器12、和光電倍增管13進(jìn)行。反應(yīng)進(jìn)程的結(jié)果還能由 控制微處理器10記錄。應(yīng)理解的是，在反應(yīng)容器3中出現(xiàn)的反應(yīng)的進(jìn)程可用作提高或降低 反應(yīng)容器的溫度的控制信號，以增強(qiáng)或減輕在反應(yīng)容器3中出現(xiàn)的反應(yīng)的程度。現(xiàn)在將描述供以上示例中使用的、或與以上示例一起使用的多個另外的特征。在一個示例中，根據(jù)預(yù)定的熱曲線能控制反應(yīng)混合物的溫度。這允許反應(yīng)混合物 用于核酸擴(kuò)增，并且預(yù)定的熱曲線適合于核酸擴(kuò)增。熱曲線可以預(yù)先存儲在控制器或存儲 器中，并且可以經(jīng)由通過輸入裝置提供的合適的命令選自多個曲線。可選擇地，可利用輸入 裝置人工地輸入曲線。在一個示例中，多個反應(yīng)容器被設(shè)置成陣列，諸如可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤。各反應(yīng)容器可包 含相同的或不同的反應(yīng)混合物，以便允許同時處理多種反應(yīng)混合物。加熱器典型地為一個或多個IR發(fā)射器，并且冷卻劑供應(yīng)口包括鄰近IR發(fā)射器設(shè) 置的多個孔。在一個示例中，加熱器為供應(yīng)IR能量的IR發(fā)射器，所述IR能量為反應(yīng)容器 及其內(nèi)含物所吸收，以便對其加熱。在這樣的示例中，加熱區(qū)域和冷卻區(qū)域大致重合。在一個示例中，通過向空間中相對有限的或受限的面積或范圍供應(yīng)熱或冷卻劑獲 得“預(yù)定區(qū)域”。這與對容納有反應(yīng)容器的整個腔室進(jìn)行加熱/冷卻的現(xiàn)有技術(shù)的裝置形成 對比。通過將熱/冷卻劑聚集或集中在可引入/暴露反應(yīng)容器的環(huán)境空間中的預(yù)定局部區(qū) 域內(nèi)，從而加熱和/或冷卻反應(yīng)容器及其內(nèi)含物。在有些實(shí)施例中，通過僅將反應(yīng)容器的頂 端引入?yún)^(qū)域中來僅加熱/冷卻反應(yīng)容器的頂端，而在其它實(shí)施例中，可加熱/冷卻反應(yīng)容器 的下半部。然而，應(yīng)理解的是，呈IR加熱器/發(fā)射器形式的加熱裝置和呈冷卻劑供應(yīng)口形式 的冷卻裝置可以適合于在基本上不加熱/冷卻整個容納反應(yīng)容器的腔室的情況下，加熱/ 冷卻整個反應(yīng)容器?？赡墚a(chǎn)生腔室本身確定程度的一些加熱/冷卻。然而，該技術(shù)通過僅 熱影響圍繞反應(yīng)容器的局部環(huán)境使腔室任何“浪費(fèi)的”加熱/冷卻最小化。與如在許多現(xiàn)有技術(shù)的裝置中通常加熱和冷卻容納反應(yīng)容器的整個腔室相對比，通過加熱和冷卻反應(yīng)混合物、或反應(yīng)容器、或其一部分能獲得許多優(yōu)點(diǎn)。例如，該技術(shù)能提 供典型地比加熱整個腔室的現(xiàn)有技術(shù)的裝置更快的加熱和/或冷卻時間。顯然有利的是能 更迅速地使反應(yīng)混合物循環(huán)，從而減少執(zhí)行擴(kuò)增所需的時間。另外地，由于僅加熱和冷卻反應(yīng)混合物或反應(yīng)容器，所以與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比 較，更直接地加熱和/或冷卻反應(yīng)混合物能提高對反應(yīng)溫度的控制程度。另外地，對控制環(huán) 路提供反饋，能迅速地檢測出反應(yīng)混合物或反應(yīng)容器的實(shí)際溫度。這與使腔室充滿加熱和 冷卻流體并且不利用反應(yīng)混合物的實(shí)際溫度作為反饋環(huán)節(jié)的現(xiàn)有技術(shù)的裝置形成對比。該設(shè)備還能提供在反應(yīng)容器中熱循環(huán)的反應(yīng)混合物的精細(xì)的溫度控制。這與現(xiàn) 有技術(shù)的裝置相比是顯著的進(jìn)步，因?yàn)檫@樣的現(xiàn)有技術(shù)的裝置在僅控制空氣或塊的溫度 (block temperature)的情況下典型地為有效的“開環(huán)”；反應(yīng)混合物的實(shí)際溫度不用作熱 控制環(huán)路的主反饋環(huán)節(jié)，所以現(xiàn)有技術(shù)的裝置僅能對相當(dāng)?shù)难h(huán)次數(shù)相對粗糙地控制反應(yīng) 溫度。此外，由于存在最小限度的熱和冷卻流體的損耗，所以能實(shí)現(xiàn)能量效率的改善。此 外，由于不需要加熱和冷卻整個腔室，所以與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比較能使用相對小的加熱 和冷卻裝置，對儀器的制造意味著減少的成本。還可實(shí)現(xiàn)許多其它的優(yōu)點(diǎn)。例如，由于存在最小限度的熱/冷卻劑損耗，所以容納 可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤的腔室能極少或不使用隔離，并且如果使用冷卻口，則能避免流體循環(huán)風(fēng)扇 使熱的/冷卻的空氣在反應(yīng)容器周圍并遍及腔室循環(huán)。設(shè)備具體涉及用于核酸擴(kuò)增的熱循環(huán)器，其中反應(yīng)容器支撐在以可旋轉(zhuǎn)的方 式安裝在腔室內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)的圓形轉(zhuǎn)盤上。與該設(shè)備一起使用的具體優(yōu)選的熱循環(huán)器是 由 Corbett Life Sciences PtyLimited(www. corbettlifescience. com)制造并經(jīng)銷 的Rotor-Gene 系列的熱循環(huán)器。其它類似的裝置在國際PCT公開No. W0 92/20778和 No. W098/49340中公布。然而，應(yīng)理解的是，其它市場上可得到的熱循環(huán)器可被變型成以如 上所述的方式操作。反應(yīng)容器的旋轉(zhuǎn)能提供多個優(yōu)點(diǎn)。例如，主要優(yōu)點(diǎn)之一在于能夠現(xiàn)場監(jiān)控擴(kuò)增反 應(yīng)的過程。由于可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤典型地是圓形的，所以加熱器和冷卻劑供應(yīng)口優(yōu)選地也是圓 形的，使得反應(yīng)容器在旋轉(zhuǎn)期間經(jīng)受恒定的熱或恒定的冷卻。在該情況下，轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)意味 著不必將反應(yīng)容器設(shè)置在具體的加熱/冷卻區(qū)域上以加熱/冷卻容器。在有些示例中，冷卻劑供應(yīng)口能在加熱器的徑向內(nèi)側(cè)或徑向外側(cè)。還應(yīng)理解的是， 加熱器(或冷卻劑供應(yīng)口)可以是圓的一個或多個扇形，使得反應(yīng)容器在它們轉(zhuǎn)動時經(jīng)歷 間歇的加熱(或冷卻)。然而，在可選擇的實(shí)施例中，加熱器和冷卻劑供應(yīng)口可以是交替地 限定交替的加熱/冷卻區(qū)域的圓形扇形。在一個示例中，非接觸式加熱器能夠用于進(jìn)行反應(yīng)混合物的加熱。例如，合適的熱 源為微波發(fā)射器，或者在優(yōu)選實(shí)施例中為紅外(IR)加熱器。在IR加熱器的情況下，加熱器 優(yōu)選地能夠發(fā)出至少100瓦。在一個示例中，優(yōu)選的IR加熱器為具有大約2mm的外徑和 1.5mm的內(nèi)徑的不銹鋼管?？蛇x擇地，IR加熱器是圍繞管纏繞成螺旋構(gòu)造的鎳鉻元件。IR加熱器能位于容納可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤的腔室的底部并緊密接近旋轉(zhuǎn)的反應(yīng)容器。在 一個示例中，IR加熱器在反應(yīng)容器之下，使得反應(yīng)容器在使用中覆蓋在IR加熱器上面。然 而，在可選擇的示例中，應(yīng)理解的是，IR加熱器可位于反應(yīng)容器徑向外側(cè)(或內(nèi)側(cè))，并適合
14于使IR能量徑向向內(nèi)(或向外)指向支撐在可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上的反應(yīng)容器。不管實(shí)際構(gòu)造如何，加熱器能適合于向反應(yīng)容器或反應(yīng)混合物供應(yīng)熱，使得至多 僅加熱在反應(yīng)容器周圍的局部區(qū)域。在一個示例中，不銹鋼管安裝在固定到反射器板的陶 瓷隔離體上，該構(gòu)造使得由加熱器產(chǎn)生的IR熱主要指向反應(yīng)容器。在其它示例中，反射器板適合于將由IR加熱器提供的熱基本集中到反應(yīng)容器上。 在這樣的示例中，反射器板在橫截面上是彎曲的，并且在橫截面上優(yōu)選地為拋物線形的。雖 然使用反射器板是優(yōu)選的，但應(yīng)理解的是反射器板不是必需的。在一個示例中，冷卻劑供應(yīng)口是鄰近反射器板/IR加熱器裝置設(shè)置的環(huán)形狹槽。 然而，在其它示例中，冷卻劑供應(yīng)口包括鄰近反射器板/IR加熱器裝置設(shè)置的多個周向間 隔開的孔。冷卻劑供應(yīng)口能適合于使冷卻劑直接撞擊到反應(yīng)容器上。這樣，在反應(yīng)容器周 圍建立預(yù)定的冷卻區(qū)域。在一個示例中，冷卻劑是環(huán)境空氣。然而，如本領(lǐng)域所公知地，冷卻劑可以是任何 流體。在相關(guān)方面中，冷卻劑是已被預(yù)冷的環(huán)境空氣。應(yīng)理解的是，能通過任何裝置，例如 通過在冷卻空氣撞擊到反應(yīng)容器上之前使空氣流過珀耳帖塊(Peltier block)的冷側(cè)，來 冷卻空氣。然而，如本領(lǐng)域所公知地，在有些優(yōu)選示例中，通過絕熱膨脹冷卻冷卻劑。例如， 冷卻劑供應(yīng)口可配置有壓縮氣體源，并且其中冷卻劑供應(yīng)口呈一個或多個噴射噴嘴形式。示例的反應(yīng)容器適合于相對迅速的熱平衡并允許反應(yīng)混合物的檢測，并可由玻璃 或塑料材料形成。在一個示例中，反應(yīng)容器類似于Eppendorf 管。反應(yīng)容器可填充有任何 反應(yīng)混合物，然而，在這里設(shè)想的實(shí)施例中，反應(yīng)混合物用于核酸擴(kuò)增并相應(yīng)地構(gòu)造熱循環(huán) 器，即熱循環(huán)程序具體適合于如以上所討論的核酸擴(kuò)增。在一個示例中，反應(yīng)容器至少部分地透射輻射，使得反應(yīng)混合物至少部分地暴露 于輻射，從而經(jīng)歷直接加熱。然而，可選擇地，反應(yīng)容器能吸收輻射并被加熱，同時將熱引導(dǎo) 至包含在其中的反應(yīng)混合物。在一個示例中，在熱循環(huán)試驗(yàn)期間測量/感測反應(yīng)容器的溫度。如本領(lǐng)域所公知 地，溫度感測裝置可呈任何形式，然而優(yōu)選的溫度感測裝置為非接觸式傳感器。例如，熱電 堆檢測器和類似的技術(shù)。通過利用適合于迅速的熱平衡的合適反應(yīng)容器，保存在反應(yīng)容器 中的反應(yīng)混合物與反應(yīng)容器的表面處于相同的溫度。因此，一旦達(dá)到設(shè)定點(diǎn)，就不需要熱平 衡。此外，熱平衡時間不再取決于反應(yīng)器皿的表面積與體積的比率。當(dāng)IR集中在反應(yīng)混合 物上時，加熱速度與輸送至IR加熱器的功率成比例，并且不與其它傳導(dǎo)(塊(block))和對 流(空氣)熱循環(huán)系統(tǒng)一樣取決于管的幾何形狀。在一個示例中，例如，如果反應(yīng)容器透射在感測中所使用的輻射，則與當(dāng)光學(xué)地檢 測反應(yīng)混合物中的指示劑的顏色時可出現(xiàn)的一樣，直接感測反應(yīng)混合物的溫度。還應(yīng)理解的是，通過僅局部地加熱和冷卻反應(yīng)混合物，在加熱至95°C時，反應(yīng)混合 物的至少一部分會蒸發(fā)并冷凝在反應(yīng)器皿的沒有暴露于IR輻射的冷的部分上。為了克服 這種情形，轉(zhuǎn)子在冷卻循環(huán)期間以高速旋轉(zhuǎn)，以旋轉(zhuǎn)降低在加熱步驟期間可蒸發(fā)的任何反 應(yīng)混合物?？朔摤F(xiàn)象的另一方式是用油或蠟作為蒸發(fā)阻止層覆蓋反應(yīng)混合物。應(yīng)理解的是，如本領(lǐng)域所公知地，向反應(yīng)容器供應(yīng)熱的加熱器和向反應(yīng)容器供應(yīng) 冷卻劑的冷卻口可順次地或同時地操作。例如，當(dāng)順次操作時，溫度控制可考慮為“開/關(guān)” 控制，而當(dāng)同時操作時，溫度控制可考慮“比例”控制。在后一種情況下，比例積分微分(PID)型控制器可用于控制反應(yīng)容器溫度。在一個示例中，用于控制反應(yīng)混合物溫度的方法包括步驟提供適合于選擇性地 產(chǎn)生預(yù)定的加熱區(qū)域的加熱器；以及提供適合于選擇性地產(chǎn)生預(yù)定的冷卻區(qū)域的冷卻劑供 應(yīng)口 ；其中分別大致鄰近加熱器和冷卻劑供應(yīng)口產(chǎn)生預(yù)定的加熱區(qū)域和預(yù)定的冷卻區(qū)域； 以及通過反應(yīng)容器對加熱區(qū)域和/或冷卻區(qū)域選擇性的暴露控制反應(yīng)混合物的溫度。在另一示例中，用于控制反應(yīng)混合物溫度的方法包括步驟使反應(yīng)容器選擇性地 暴露于預(yù)定的加熱區(qū)域和/或預(yù)定的冷卻區(qū)域，其中分別大致鄰近加熱器和冷卻劑供應(yīng)口 產(chǎn)生預(yù)定的加熱區(qū)域和預(yù)定的冷卻區(qū)域。在這樣的示例中，在不象現(xiàn)有技術(shù)的裝置那樣典型地加熱/冷卻容納反應(yīng)容器的 整個腔室的情況下，該方法能用于允許加熱/冷卻反應(yīng)容器。這減少加熱和冷卻反應(yīng)混合 物所需的能量，并且如先前所描述地還能減少加熱時間。除非上下文明確地要求，否則在說明書和權(quán)利要求書中，詞語“包括”、“包含”等應(yīng) 以與排他或詳盡的意義相反的包括的意義解釋；也就是說，在“包括但不局限于”的意義上解釋。除了在操作的示例中以外，或者在以其它方式表明的情況下以外，在此使用的表 示成分或反應(yīng)條件的數(shù)量的所有數(shù)字在一切情況下被理解為由術(shù)語“大約”修飾。盡管提出本發(fā)明的寬廣范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但盡可能精確地報告在 具體示例中提出的數(shù)值。然而，任何數(shù)值固有地包含必然地由在它們相應(yīng)的試驗(yàn)測量中找 到的標(biāo)準(zhǔn)偏差所產(chǎn)生的一定的誤差。在此使用的術(shù)語是為了描述用于控制反應(yīng)混合物溫度的設(shè)備的具體示例，而不是 用于限制。除非以其它方式限定，否則在此使用的所有技術(shù)和科技術(shù)語具有與本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員通常所理解的相同意義。利用端點(diǎn)的數(shù)值范圍的列舉包括在該范圍內(nèi)包含的所 有數(shù)字(例如 1 至 5 包括 1、1.5、2、2. 75,3,3. 80、4、5 等)。在特定情況下，術(shù)語“優(yōu)選的”和“優(yōu)選地”可提供特定好處。然而，在相同的或其 它情況下，其它的實(shí)施例也可以是優(yōu)選的。此外，一個或多個優(yōu)選實(shí)施例的列舉不含有其它 實(shí)施例無用的意思，并且不用于從本發(fā)明的范圍排除其它的實(shí)施例。不同示例的特征可以結(jié)合或可互換的方式使用，并且描述的示例僅為了示例的目 的。盡管已參考具體的示例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是，本發(fā)明 可以許多其它的形式實(shí)現(xiàn)。尤其地，在各種所描述的示例的任何示例中的具體特征可以通 過其它所描述的示例的任何組合的形式提供。
1權(quán)利要求
用于控制在反應(yīng)容器內(nèi)保存的反應(yīng)混合物的溫度的設(shè)備，所述設(shè)備包括a)輻射源，所述輻射源用于使所述反應(yīng)容器暴露于輻射，從而加熱所述反應(yīng)混合物；b)溫度傳感器，所述溫度傳感器用于感測表示反應(yīng)混合物溫度的溫度；以及c)控制器，所述控制器用于根據(jù)所述反應(yīng)混合物溫度控制所述輻射源，從而選擇性地加熱所述反應(yīng)混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括用于加熱包含所述反應(yīng)容器的腔室 的熱源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述控制器用于a)至少部分地利用所述輻射源提高所述反應(yīng)混合物的溫度；以及b)至少部分地利用所述熱源維持所述反應(yīng)混合物的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括用于冷卻所述反應(yīng)混 合物的冷卻機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述冷卻機(jī)構(gòu)用于從高溫冷卻所述反應(yīng)混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其中所述冷卻機(jī)構(gòu)向包含所述反應(yīng)容器的腔室供 應(yīng)環(huán)境空氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其中所述冷卻機(jī)構(gòu)向包含所述反應(yīng)容器的腔室供 應(yīng)冷卻流體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述溫度傳感器為紅外傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述溫度傳感器是用于感測所述反 應(yīng)混合物中與溫度相關(guān)的指示劑的顏色的光學(xué)傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述溫度傳感器感測所述反應(yīng)混合 物的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述溫度傳感器感測反應(yīng)容器溫 度，并且所述控制器用于利用所述反應(yīng)容器溫度確定反應(yīng)混合物溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述溫度傳感器感測腔室溫度，并 且所述控制器用于利用所述腔室溫度確定反應(yīng)混合物溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述輻射源產(chǎn)生紅外輻射。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述輻射源產(chǎn)生光輻射。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括用于在使用中接納 所述反應(yīng)容器的腔室。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括用于接納多個反應(yīng) 容器的座架，所述輻射源和座架被布置成允許所述多個反應(yīng)容器中的一個或多個反應(yīng)容器 的加熱。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括用于使所述座架相對于所述輻射 源運(yùn)動的驅(qū)動器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述控制器用于控制所述驅(qū)動器，從而選擇性 地加熱所述多個反應(yīng)容器中的相應(yīng)反應(yīng)容器中的反應(yīng)混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述輻射源使加熱區(qū)域暴露于輻 射，并且所述控制器通過使所述反應(yīng)容器選擇性地暴露于所述加熱區(qū)域來控制所述反應(yīng)混合物的加熱。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述控制器是處理系統(tǒng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述控制器用于a)將所述反應(yīng)混合物溫度提高至第一溫度值，以使所述反應(yīng)混合物中的多核苷酸變性；b)將所述反應(yīng)混合物溫度降低至第二溫度值，以使所述反應(yīng)混合物中的多核苷酸退 火；以及c)將所述反應(yīng)混合物溫度提高至第三溫度值，以使所述變性的多核苷酸雜交。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至21中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述控制器用于a)利用從所述溫度傳感器得到的信號確定所述反應(yīng)混合物溫度；以及b)基于所述反應(yīng)混合物溫度控制所述輻射源，以使得所述反應(yīng)混合物溫度能夠得到控制。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述控制器用于a)控制所述輻射源，以將所述反應(yīng)混合物溫度提高至第一溫度值；b)控制熱源，以將所述反應(yīng)混合物溫度維持在第一溫度值；c)控制冷卻機(jī)構(gòu)，從而將所述反應(yīng)混合物溫度降低至第二溫度并將所述反應(yīng)混合物溫 度維持在所述第二溫度；以及d)控制所述輻射源，從而將所述反應(yīng)混合物溫度提高至第三溫度值；以及e)控制所述熱源，以將所述反應(yīng)混合物溫度維持在所述第三溫度值。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述輻射源選擇性地產(chǎn)生預(yù)定的 加熱區(qū)域，并且所述設(shè)備包括選擇性地產(chǎn)生預(yù)定的冷卻區(qū)域的冷卻劑供應(yīng)口，其中分別大 致鄰近所述加熱器和所述冷卻劑供應(yīng)口產(chǎn)生所述預(yù)定的加熱區(qū)域和所述預(yù)定的冷卻區(qū)域， 使得通過所述反應(yīng)容器對所述加熱區(qū)域和/或所述冷卻區(qū)域選擇性的暴露能夠控制所述 反應(yīng)混合物的溫度。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至24中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述反應(yīng)容器至少部分地透射輻射。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述輻射具有根據(jù)反應(yīng)容器特性和反應(yīng)混合物 特性中的至少一個選擇的波長。
27.用于控制在反應(yīng)容器內(nèi)保存的反應(yīng)混合物的溫度的方法，所述方法包括在控制器中a)利用從溫度傳感器得到的信號確定反應(yīng)混合物溫度；以及b)控制輻射源，所述輻射源用于使所述反應(yīng)容器暴露于輻射，從而加熱所述反應(yīng)混合 物；基于所述反應(yīng)混合物溫度控制所述輻射源，從而使得所述反應(yīng)混合物溫度能夠得到控 制。
28.用于控制在反應(yīng)容器內(nèi)保存的反應(yīng)混合物的溫度的設(shè)備，所述設(shè)備包括 選擇性地產(chǎn)生預(yù)定的加熱區(qū)域的加熱器和選擇性地產(chǎn)生預(yù)定的冷卻區(qū)域的冷卻劑供應(yīng)口，其中所述預(yù)定的加熱區(qū)域和所述預(yù)定的冷卻區(qū)域分別是大致鄰近所述加熱器和所述 冷卻劑供應(yīng)口而產(chǎn)生的，從而通過所述反應(yīng)容器選擇性地暴露于所述加熱區(qū)域和/或所述 冷卻區(qū)域能夠控制所述反應(yīng)混合物的溫度。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其中所述加熱器為一個或多個IR發(fā)射器。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的設(shè)備，其中所述冷卻劑供應(yīng)口包括鄰近所述加熱器設(shè) 置的多個孔，并且所述冷卻劑是環(huán)境空氣。
31.根據(jù)權(quán)利要求28至30中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中多個反應(yīng)容器被設(shè)置成陣列。
32.根據(jù)權(quán)利要求28至31中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中通過所述反應(yīng)容器根據(jù)預(yù)定的熱 曲線而選擇性地暴露于所述加熱區(qū)域或所述冷卻區(qū)域，能夠控制所述反應(yīng)混合物的溫度。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述預(yù)定的熱曲線適合于核酸擴(kuò)增。
34.根據(jù)權(quán)利要求28至33中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述加熱區(qū)域和所述冷卻區(qū)域大 致重合。
35.用于控制在反應(yīng)容器內(nèi)保存的反應(yīng)混合物的溫度的方法，所述方法包括步驟i)提供選擇性地產(chǎn)生預(yù)定的加熱區(qū)域的加熱器；以及 )提供選擇性地產(chǎn)生預(yù)定的冷卻區(qū)域的冷卻劑供應(yīng)口 ；iii)其中所述預(yù)定的加熱區(qū)域和所述預(yù)定的冷卻區(qū)域分別是大致鄰近所述加熱器和 所述冷卻劑供應(yīng)口而產(chǎn)生的；以及iv)通過將所述反應(yīng)容器選擇性地暴露于所述加熱區(qū)域和/或所述冷卻區(qū)域，而控制 所述反應(yīng)混合物的溫度。
36.用于控制在反應(yīng)容器內(nèi)保存的反應(yīng)混合物的溫度的方法，所述方法包括步驟i)將所述反應(yīng)容器選擇性地暴露于預(yù)定的加熱區(qū)域和/或預(yù)定的冷卻區(qū)域，其中所述 預(yù)定的加熱區(qū)域和所述預(yù)定的冷卻區(qū)域分別是大致鄰近加熱器和冷卻劑供應(yīng)口而產(chǎn)生的。
全文摘要
用于控制在反應(yīng)容器內(nèi)保存的反應(yīng)混合物的溫度的設(shè)備，該設(shè)備包括輻射源，其用于使反應(yīng)容器暴露于輻射，從而加熱反應(yīng)混合物；溫度傳感器，其用于感測表示反應(yīng)混合物溫度的溫度；以及控制器，其用于根據(jù)反應(yīng)混合物溫度控制輻射源，從而選擇性地加熱反應(yīng)混合物。
文檔編號C12Q1/68GK101855365SQ200880115859
公開日2010年10月6日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者約翰·科比特 申請人:科貝特研究私人有限公司