與用于生物樣品的分析器的性能相關的改進的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于處理樣品的設備(11)、適合用在這種設備中的電路板(8008)和處理方法，其中該設備(11)設置有對準特征，該對準特征用于幫助將電路板和樣品盒(9)相對于彼此設置在正確的位置。以這種方式，盒(9)中用于處理樣品的所述多個部分正確地定位在多個元件上，如用于加熱樣品盒(9)的加熱器(4)或用于向樣品盒(9)上的部件供電的電接觸件(EP1-EP4)，并且可以彼此獨立地運行。
【專利說明】與用于生物樣品的分析器的性能相關的改進
[0001]本申請以作為所有指定國家的 申請人:的美國公民Stan Smith、美國公民BrettDuane、法國公民Cedric Hurth、美國公民David Nguyen、印度公民Amol Surve、德國公民Ralf Lenigk和美國公民Frederic Zenhausern的名義作為PCT國際專利申請于2011年8月25日遞交，并且要求于2010年8月27日遞交的美國專利申請序列N0.61/377，831的優(yōu)先權，通過引用將該美國專利申請的全部內(nèi)容結合于此。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明關注分析及與分析相關的改進，特別地但不排外地，關于生物樣品。
【背景技術】
[0003]例如生物樣品的樣品分析是已知的。然而，這種分析通常涉及多個處理步驟，需要熟練技工并且是勞力密集的。希望至少部分地自動進行分析。還希望減少對熟練技工的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種電路板，用于與樣品盒連接，其中樣品盒包括工作表面，所述工作表面限定用于處理樣品的多個部分；其中電路板被構造為在使用中鄰近所述工作表面并且包括:
[0005]多個元件，所述多個元件中的每一個與所述多個部分中的一個相關聯(lián)，并被設置為在使用中鄰近所述多個部分中的相關聯(lián)的一個定位；并且
[0006]其中電路板還限定至少一個對準特征，所述至少一個對準特征用于接合樣品盒上的對應的對準特征并確保所述多個元件在使用中鄰近所述多個部分中的相關聯(lián)的一個定位。
[0007]所述元件可以是有源的或無源的。有源部件的示例是用于加熱樣品盒的加熱器。無源部件的示例是用于向樣品盒上的諸如泵之類的部件供電的電接觸件。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的該方面，改善處理樣品的自動化。樣品盒設置多個部分，并且電路板使得這些部分能夠根據(jù)需要被激活用于處理樣品。所述至少一個對準特征通過確保電路板上的特征與樣品盒上的在所述多個部分中的對應特征正確地對準。
[0009]電路板還可以包括限定開口的邊緣，該開口在使用中對應于樣品盒上的樣品處理腔。樣品處理腔可能需要對在該腔中的處理進行精細的控制。這可以由與電路板分開的部件提供。開口允許與電路板可能需要的附加部件進入該腔。
[0010]電路板還可以限定窗口，該窗口允許在使用中通過電路板視覺地檢查工作表面的特征。該窗口可以為由電路板的內(nèi)邊緣限定的開口或電路板的透明部分。在將樣品盒安裝在設備中時，可以視覺地檢查樣品盒的工作表面的鄰近窗口的部分。這在諸如條形碼之類的標識符印刷在樣品盒的鄰近窗口的部分上時是特別有利的。
[0011]電路板還可以包括凸起，所述凸起沿使得在使用中所述凸起指向樣品盒的方向從電路板的表面上延伸。所述凸起是導電的以允許通過所述凸起將電流供給至樣品盒。
[0012]凸起可以具有尖端。這可以幫助穿透可能已經(jīng)形成在樣品盒的對應部分上的任何
氧化層。
[0013]凸起可以被彈性地安裝。例如，它們可以被彈簧加載，使得當將樣品盒安裝在該設備中時，作用力施加至所述凸起以將所述凸起偏壓向樣品盒并改善電接觸。在一種實施例中，凸起可以為彈簧針。
[0014]在相關方面中，提供了用于分析樣品盒中的樣品的設備，包括上述電路板(還具有或不具有上述任選特征中的一個或多個)。用于容納樣品盒的一段的至少一部分可以安裝有彈性元件，該彈性元件用于在使用中提供將電路板和樣品盒的工作表面擠壓在一起的作用力。可替換地，該設備可以包括壓板，該壓板用于作用在樣品盒的非工作表面上，并且該壓板可以移動以將樣品盒的工作表面壓靠在電路板上。這可以增強電路板和樣品盒之間的電接觸。樣品盒在插入設備中之前可以被放置在固定器中。
[0015]在處理樣品時的共同要求是提供樣品的可靠的加熱。這在采用樣品盒自動進行數(shù)個處理步驟時是困難的，因為需要可靠的局部化加熱。因此希望提供可靠的局部化加熱器組件。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種電阻加熱器組件，包括:
[0017]電路板；和
[0018]安裝電路板上的在具有大致平坦上表面的電阻加熱元件；
[0019]其中在使用中，所述大致平坦上表面被設置為基本上與將被加熱的物件接觸。
[0020]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該電阻加熱元件提供了可靠的加熱，并且電阻特性意味著可以精確地和簡單地控制所產(chǎn)生的熱量。為了確保將所產(chǎn)生的熱量引向將被加熱的具體區(qū)域，電阻加熱元件具有用于接觸將被加熱的區(qū)域的大致平坦表面。這允許通過控制大致平坦上表面的面積控制將被加熱的區(qū)域。
[0021]電阻加熱元件可以具有表面涂層。表面涂層可以改善所述大致平坦上表面的物理特性。例如，它可以為加熱元件提供保護，或者改善與將被加熱的物件的接觸。優(yōu)選地，表面涂層是柔性的以改善接觸，例如，它可以由硅樹脂形成。
[0022]電阻加熱元件優(yōu)選地由被構造為具有大于450°C的熔點的焊料焊接至電路板。優(yōu)選地，焊料是無鉛焊料成分。加熱元件可以達到熔化傳統(tǒng)焊料的局部溫度。優(yōu)選地，焊料包括銀并具有680°C或更高的熔點。
[0023]有利地，電阻加熱元件可以包括至少一個表面安裝電阻器。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)表面安裝電阻器非常適合用作加熱器，它們具有合適的大致平坦上表面并且可以采用已知的技術連接至電路板。電阻器的類型和數(shù)量的選擇取決于將被加熱區(qū)域和將被實現(xiàn)的溫度。這將確定表面安裝電阻器必須處理的所需要的功率輸入。
[0024]該組件還可以包括用于檢測電阻加熱元件的溫度的溫度傳感器。溫度傳感器允許使用反饋控制以確定加熱溫度。
[0025]優(yōu)選地，溫度傳感器位于形成在電路板上的凹部中。這允許將它定位為靠近加熱元件，以提供更精確的溫度測量。
[0026]在相關方面中，提供用于分析在樣品盒中提供的樣品的設備。該設備包括上述電阻加熱組件(還具有或不具有上述任選特征中的一個或多個)。加熱組件允許樣品盒的一部分的可靠的局部化加熱。
[0027]通過反饋控制可以改善樣品的處理期間自動化加熱步驟的精度。為了提供精確的反饋控制，希望具有加熱器的精確的溫度測量。
[0028]因而，在本發(fā)明的另一個方面中，提供用于檢測電阻加熱元件的溫度的溫度傳感器，該溫度傳感器包括:
[0029]包括第一臂和第二臂的橋接電路；
[0030]熱敏電阻器，用于檢測連接在橋接電路的一個臂中的電阻加熱元件的溫度；和
[0031]ADC，該ADC連接在橋接電路的第一臂和第二臂之間，用于數(shù)字化電橋的第一臂和第二臂之間的電壓差。
[0032]熱敏電阻器的電阻根據(jù)溫度變化，改變橋接電路的臂之間的電壓平衡。優(yōu)選地，ADC是允許橋接電路上的直接測量的差分ADC。熱敏電阻器優(yōu)選地定位為靠近電阻加熱元件，例如在加熱表面的中心的數(shù)毫米內(nèi)，更優(yōu)選地在5_內(nèi)，從而盡可能確保精確的測量。加熱表面可以包括設置成組的多于一個的加熱元件，例如，一組表面安裝電阻器。在該情況中，由該組加熱元件形成的加熱表面的中心給出最有代表性的溫度。熱敏電阻器可以定位在形成在PCB中的凹部中，這在該方面的傳感器用于上述電阻加熱器組件時是特別有利的。
[0033]傳感器還可以包括電壓源，其被連接為作為橋接電路的參考和用于ADC的電源。這簡化了傳感器的結果。
[0034]在使用中，熱敏電阻器中的功率耗散優(yōu)選地小于ΙΟμΑ。通過電壓和/或電橋元件的選擇，例如電橋的元件的電阻的選擇，可以實現(xiàn)這種功率耗散。通過將功率耗散保持為低，可以降低來自溫度將被測量的熱敏電阻器的任何電阻加熱的影響。
[0035]優(yōu)選地，可以使用從ADC輸出的預定數(shù)量的最高有效位。例如，ADC可以產(chǎn)生具有預定位數(shù)的輸出，但可以使用少于預定位數(shù)的輸出。這可以改善測量精度，因為忽略了最低有效位中變化，減少了對誤差的敏感性。例如，可以僅使用22位ADC的最高有效位。在可替換實施例中可以采用其它選擇。
[0036]在相關方面中，提供了用于分析樣品盒中提供的樣品的設備，其中該設備包括上述電阻加熱組件和溫度傳感器(具有或不具有任選特征中的一個或多個)。
[0037]希望的是在樣品處理中提供精確的加熱控制。特別地，希望控制加熱，以便盡可能快地實現(xiàn)預期溫度，但不存在過沖。雖然常規(guī)控制技術，包括比例、積分和微分控制，可以提供良好的響應，但希望的是進一步減少達到預期溫度花費的時間。
[0038]因而，在本發(fā)明的另一個方面中，提供使用反饋控制產(chǎn)生用于控制電阻加熱元件的溫度的信號的方法，其中如果誤差信號值的絕對值大于1，調(diào)整在反饋控制中使用的誤差信號值。
[0039]如果誤差信號的絕對值大于1，這指示實際溫度仍然有些遠離預期溫度。為了盡可能快地達到預期溫度，調(diào)整誤差信號。優(yōu)選地，例如通過將增益施加至誤差信號而放大誤差信號。
[0040]優(yōu)選地，如果誤差信號的絕對值大于1，則通過平方誤差信號值并將誤差信號值的符號施加至結果，調(diào)整誤差信號值。這確保誤差越大，施加到它的補償越大，使得實際溫度應當更快地達到預期溫度。當溫度接近預期溫度時，誤差信號減小，并且平方的影響減小，平滑地減小對較小誤差的影響。
[0041]該方法的輸出可以為PWM信號，該方法還可以包括在確定PWM信號將飽和時將用于控制溫度的信號設置為最大值。在PWM控制中，輸出不能增加到處于100%占空比的信號飽和之外，即，輸出是持續(xù)接通的。在該情況中，至最大值的輸出避免與PWM產(chǎn)生相關的潛在問題。
[0042]反饋控制可以包括比例控制和積分控制，并且該方法還可以包括在基于比例控制的輸出確定PWM信號將飽和時復位積分控制。這避免了積分飽卷，其中積分部分在比例分量離開飽和之前需要大的值。
[0043]該方面的控制方法還可以應用于除加熱之外的其它過程的控制，它可以應用于基于誤差信號的任何反饋控制方法。
[0044]與典型的表面安裝電阻器的表面積相比，可以需要加熱相對大的區(qū)域。這可能需要提供不可接受的大量電阻器來加熱所需要的區(qū)域。在這種情況中，希望提供可替換的加熱器組件。這種加熱器組件可以包括任何合適的熱源，包括電磁功率源。
[0045]因而，本發(fā)明的又一個方面提供一種包括印刷電路板的加熱器，其中印刷電路板包括:
[0046]加熱層，加熱層具有至少一個跡線，所述至少一個跡線用于在電流流過跡線時提供電阻加熱；和
[0047]熱擴散層，形成加熱表面并定位在加熱層的上方。
[0048]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，印刷電路板的跡線或軌跡可以提供足夠的熱輸出以用作加熱器，例如，如在US-6841739中討論的那樣。然而，簡單地使用跡線作為加熱器可能不能給出用于在樣品分析中使用的充分均勻的熱分布。本發(fā)明的本發(fā)明因此提供熱擴散層，其提供加熱表面并鄰近加熱層形成，以便均勻地擴散熱量?？梢圆捎糜糜谟∷㈦娐钒宓囊阎夹g制造熱擴散層，或者可以簡單地且成本有效地制造加熱器。
[0049]優(yōu)選地，加熱層的所述至少一個跡線沿著被構造為基本大致均勻的加熱的路徑。盡管存在熱擴散層，但加熱層的結構對提供均勻的熱分布仍然是重要的。
[0050]所述至少一個跡線可以在印刷電路板的大致所有區(qū)域內(nèi)沿著彎曲、蜿蜒或蛇形路徑。
[0051]所述至少一個跡線的至少一部分可以沿著具有波峰和波谷的波紋狀路徑，包括其中向外的路徑的波峰在返回路徑的波峰下面延伸，并且返回路徑的波谷包含在向外路徑的波谷內(nèi)。在這里，"向外"和"返回"是相對的術語，向外路徑電力地在返回之前，如果極性反轉，則"向外"路徑將變?yōu)?返回"路徑，反之亦然。
[0052]所述至少一個跡線的至少一部分可以沿著具有波峰和波谷的波紋狀路徑，其中向外路徑的波峰鄰近返回路徑的波紋，反之亦然。
[0053]加熱器還可以包括形成在熱擴散層上的保護層。
[0054]加熱器還可以包括溫度傳感器。溫度傳感器可以包括例如根據(jù)上述方面中的一個的熱敏電阻器(具有或不具有任選特征中的一個或多個)。加熱器可以由上述方法(具有或不具有任選特征中的一個或多個)控制。
[0055]印刷電路板還可以限定其中設置溫度傳感器的凹部。
[0056]加熱層可以被電隔離或接地。[0057]在相關方面中，提供用于分析設置在樣品盒的樣品的設備，其中該設備包括如上文所述的加熱器(具有或不具有任選特征中的一個或多個)。
[0058]在樣品分析分析期間，可能需要將分析段的不同部分控制到不同的值。示例是在毛細管電泳，其中不同的元件可能需要處于不同的電壓。希望的是確保所有的元件同時都達到所需要的值，使得相對值保持恒定。
[0059]因而，本發(fā)明的另一個方面提供了一種高壓電源，包括:
[0060]用于產(chǎn)生第一輸出電壓的第一功率變換器；
[0061]用于產(chǎn)生第二輸出電壓的第二功率變換器，第二輸出電壓不同于第一輸出電壓；和
[0062]控制器，用于控制第一功率變換器和第二功率變換器，使得在第一和第二電壓同時改變時，基本上同時地，來自第一功率變換器的輸出達到第一輸出電壓，來自第二功率變換器的輸出達到第二輸出電壓。
[0063]該設備還可以包括聯(lián)鎖裝置，其用于在殼體打開時將功率從第一功率變換器和第二功率變換器斷開。
[0064]在相關方面中，提供了用于采用毛細管電泳分析樣品的方法，包括如上所述的、用于提供在毛細管電泳中使用的電壓的高壓電源(具有或不具有所述任選特征)。
[0065]在另一個相關方面中，提供了控制功率變換器在預定時間內(nèi)達到輸出電壓的方法，該方法包括:
[0066]計算在預定時間內(nèi)所需要的輸出電壓變化；
[0067]將預定時間分成多個連續(xù)步長，所述多個步長中的每一個持續(xù)相同的時間；
[0068]計算在所述多個步長中的每一個中需要的輸出電壓變化；
[0069]通過在所述多個步長中的每一個中的輸出電壓變化調(diào)整輸出電壓。
[0070]通過確保在預定時間內(nèi)達到輸出電壓，通過將相同的預定時間用于每個電壓，多個電壓可以同時達到它們各自的輸出電壓。上述控制器可以適于采用這種方法。
[0071]在另一個相關方面中，提供了控制第一功率變換器達到第一輸出電壓和控制第二功率變換器基本同時地達到第二輸出電壓的方法，該方法包括:
[0072]確定第一功率變換器將達到第一輸出電壓和第二功率變換器基本同時地達到第二輸出電壓之前的延遲時間；
[0073]將預定時間分成多個連續(xù)步長，所述多個步長中的每一個持續(xù)相同的時間；
[0074]計算在所述多個步長中的每一個中第一功率變換器需要的第一輸出電壓變化；
[0075]計算在所述多個步長中的每一個中第二功率變換器需要的第二輸出電壓變化；
[0076]通過在所述多個步長中的每一個中的第一輸出電壓變化調(diào)整第一功率變換器的輸出電壓，以及通過在所述多個步長中的每一個中的第二輸出電壓變化調(diào)整第二功率變換器的輸出電壓。
[0077]上述控制器可以適于采用這種方法。將會理解，該方法不僅限于第一和第二功率變換器，它可以根據(jù)需要擴展至三個、四個或更多個功率變換器。
[0078]在樣品處理期間，可能需要將樣品暴露至受控磁場。
[0079]因此在另一個方面中，本發(fā)明提供了用于接口連接樣品盒的設備，其中樣品盒包括用于在預定磁場中處理樣品的部分；其中該設備包括磁性組件，該磁性組件用于提供變化的受控磁場強度，并且磁性組件定位成使得在使用中，當該設備接口連接生物樣品盒時，磁性組件鄰近用于在預定磁場中處理生物樣品的所述部分。
[0080]所述預定磁場的范圍可以為300-1200高斯，更優(yōu)選地350-550高斯，或800-1200
高斯。預定磁場通常與樣品盒中的磁珠組合使用。在該情況中，磁珠的材料和尺寸通常將決定所需要的磁場強度，較小的磁珠需要的磁場強度比同一材料的較大的磁珠需要的磁場強度高。
[0081]優(yōu)選地，磁性組件包括永磁體和用于控制永磁體的位置的致動器。永磁體的位置因此控制磁場強度?？商鎿Q地，可以使用電磁鐵，在該情況中，至電磁鐵的輸入決定磁場強度。
[0082]磁性組件還可以包括用于沿至少一個預定方向限制磁場的防護罩。這可以確保磁場指向所需要的位置。
[0083]磁性組件還可以包括磁場聚焦裝置。這可以為金屬膜，例如鎳膜。
[0084]一些樣品處理步驟可能需要使用激光聚焦在特定樣品臺上。采用樣品盒和對應的分析設備的機械特征將激光器與樣品盒對準可能不能可靠地將它們對準。存在激光可能為正確地聚焦或與樣品盒對準的問題。
[0085]因而，本發(fā)明的又一個方面提供用于采用激光器對準生物樣品盒的毛細管的設備，其中該設備包括:
[0086]激光器；
[0087]從激光器到生物樣品盒的光路，包括用于將來自激光器的發(fā)射光聚焦到生物樣品盒上的至少一個透鏡；
[0088]CCD ;
[0089]用于調(diào)整生物樣品盒的位置的盒致動器；和
[0090]控制器，用于基于來自CCD的反饋控制盒致動器，以將毛細管與激光器大致對齊。
[0091]該設備還可以包括用于移動所述至少一個透鏡的透鏡致動器；并且其中控制器還用于控制透鏡致動器。
[0092]所述至少一個透鏡可以形成在樣品盒中。
[0093]在相關方面中，本發(fā)明還提供采用激光對準生物樣品盒的毛細管的方法，該方法包括:
[0094]采用激光照亮生物樣品盒；
[0095]采用CXD檢測反射光；
[0096]移動生物樣品盒，并采用來自CXD的輸出確定生物樣品盒的最佳位置。
[0097]反射光源于樣品盒中的毛細管的幾何形狀。激光照亮毛細管，并且毛細管的幾何形狀和材料決定向回反射到CCD的光的輪廓。這將根據(jù)毛細管的結構和材料變化，例如，玻璃將具有不同于塑料的響應。
[0098]移動生物樣品盒的步驟可以包括在樣品盒的整個運動范圍內(nèi)移動樣品盒并記錄CCD的輸出。根據(jù)這種輸出，例如，通過選擇峰值響應，或者該響應的另一個特征，確定最佳位置。之前可能已經(jīng)針對樣品盒的特定結構、特定尺寸和材料的這種毛細管測量了該響應，以提供幫助根據(jù)CCD輸出選擇最佳位置的模板。
[0099]該方法還可以包括采用來自CXD的輸出調(diào)整透鏡在激光的光路中的焦距。例如，可以最大化來自CCD的輸出。
[0100]該方法還可以包括基于由CCD檢測的散射圖樣調(diào)整透鏡在激光的光路中的焦距。
[0101]自動分析程序可以在不需要用戶輸入的情況下產(chǎn)生分析結果。根據(jù)該分析，在給出結果之前可以執(zhí)行多個中間步驟。在用戶已經(jīng)根據(jù)需要訪問中間步驟的結果時，這將是有利的。
[0102]因而，本發(fā)明的又一個方面提供用于分析樣品盒中包含的樣品的設備，包括:
[0103]標識符讀出器，用于讀取插入的樣品盒的標識符；
[0104]存儲裝置，用于存儲根據(jù)樣品的分析或的數(shù)據(jù)，其中存儲的數(shù)據(jù)與來自標識符讀出器的標識符相關聯(lián)。
[0105]因此，在該分析中的多個階段中獲得的數(shù)據(jù)可以與插入的樣品盒的標識符相關聯(lián)并且在需要時稍后被調(diào)用。
[0106]標識符讀出器可以為條形碼讀出器。
[0107]標識符讀出器可以為RFID讀出器。
[0108]優(yōu)選地，存儲的數(shù)據(jù)還可以包括分析條件的信息以及中間和最終分析結果。例如，存儲的數(shù)據(jù)可以下述數(shù)據(jù)中的一種或多種:操作該機器的操作者的信息、在分析過程中使用的試劑的信息、在任何聚焦階段期間獲得的熒光結果、在樣品的處理期間的溫度、在樣品的處理期間的電壓以及在樣品的處理期間的電流。包括這種附加信息中的一個或多個可以改善數(shù)據(jù)的可靠性。它還可以允許批量控制系統(tǒng)，避免在每次執(zhí)行分析時對運行控制樣品的需求。
[0109]處理樣品的所有方面可以被監(jiān)測，并且可以形成文件以存儲所運行的樣品分析的一個或多個參數(shù)。存儲的數(shù)據(jù)還可以包括用戶、時間、處于測試的樣品的標識符、來自PCR過程的顯示從開始到結束的整個順序的讀數(shù)、用于CE過程中的每一個步驟的電壓和溫度設定值、來自電壓、電流和四個溫度傳感器的在整個測試內(nèi)獲得的讀數(shù)以及采用CCD從CE過程獲取的所有原始數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)被存儲并在用戶請求時可用于復查。數(shù)據(jù)復查可以顯示整個PCR熱循環(huán)，在CE階段的每一秒處的電壓、電流和溫度條件、以及由CCD捕獲的所有圖像與時間相關的圖表。
[0110]希望的是該設備自動接收樣品盒。為了成功進行這種自動接收，重要的是該設備的機械特征被控制為允許可靠的插入。
[0111]因而，在本發(fā)明的另一個方面中，提供了一種設備，其限定有用于接收樣品盒的開口，并包括用于確定與樣品盒接口連接的至少一個活動部件的物理位置的至少一個傳感器。使得在樣品盒插入所述開口中時能夠精確地確定和控制設備的狀態(tài)。它可以延長部件的壽命，因為所述至少一個傳感器可以在運動已經(jīng)完成時提供反饋，而不是依賴沒有傳感器的預編程操作時間。位置傳感器可以用于其額定元件合適處于特定位置的簡單的接觸開關，或者可以為更先進的傳感器，例如，在整個運動期間包括相對位置的傳感器，例如距離檢測器或位置傳感器。
[0112]該設備的多個機械方面可以設置有物理位置傳感器。例如，可以設置兩個臂，其支承用于根據(jù)需要向CE芯片施加高電壓的電極接頭。這些臂最初可以處于敞開結構允許插入CE芯片，并且已經(jīng)插入CE芯片之后移動至關閉位置。當傳感器確定所述臂關閉時停止關閉操作。[0113]樣品盒還需要允許它插入系統(tǒng)中的空隙，但必須被壓靠在電路板用于使用，以允許閥和泵控制。再一次，可以采用傳感器的輸出控制關閉操作。
[0114]樣品盒的PCR腔還需要具有珀耳帖裝置，該珀耳帖裝置在兩側被夾緊以提供良好的熱界面。
[0115]在相關方面中，用于將樣品盒插入該設備中的方法包括:采用至少一個傳感器監(jiān)測至少一個活動部從打開位置到關閉位置的運動，并在所述至少一個傳感器指示所述至少一個活動部件處于關閉位置時停止所述至少一個活動部件的運動。
[0116]在更詳細的示例中，當樣品盒(任選地包括CE芯片)插入該設備并且門關閉時，門的關閉被檢測，并且控制伺服電動機以合適的順序關閉，從而(i)將所述臂定位在CE芯片上，(?)將樣品盒壓靠在電路板上，和d(iii)將珀耳帖裝置閉合在樣品盒中的PCR腔上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0117]現(xiàn)在將僅通過舉例的方式，并參照附圖描述本發(fā)明的多個實施例，在附圖中:
[0118]圖1為樣品從收集到結果的考慮中涉及的多個階段的示意圖，并圖示在該背景中本發(fā)明的實施例的定位；
[0119]圖2為在實施本發(fā)明的儀器上由實施本發(fā)明的儀器提供的關鍵步驟的示意圖；
[0120]圖3為該儀器的一種實施例的示意性正視圖；
[0121]圖4a為該儀器的實施例的透視圖；
[0122]圖4b為圖4a的儀器的正視圖；
.[0123]圖4c為圖4a的儀器的側視圖；
[0124]圖5為另一個儀器實施例的透視圖；
[0125]圖6為示出盒在該儀器中的插入的側視圖；
[0126]圖7為層疊式珀爾帖效應裝置的位置的圖示；
[0127]圖8為托架、盒和CE芯片實施例的圖示；
[0128]圖9為托架至CE芯片的接合的圖示；
[0129]圖1Oa為該對卡尺的位置的透視圖；
[0130]圖1Ob為該對卡尺的背面的透視圖；
[0131]圖1Oc為開口形式的卡尺結構的平面圖；
[0132]圖1Od為閉合形式的卡尺結構的平面圖；
[0133]圖1la為實施本發(fā)明的盒的一部分的正面視圖；
[0134]圖1lb為用于根據(jù)本發(fā)明的盒及其部件的尺寸和體積表；
[0135]圖12為圖1la的盒的其它部分的正面視圖，并實施本發(fā)明的其它特征；
[0136]圖13a為圖1la和12的盒的一部分的側視圖，其中連接電泳盒部分；
[0137]圖13b為圖13a中示出的電泳盒部分的正視圖，省略了盒的一部分；
[0138]圖14為根據(jù)實施例的盒的正面視圖；
[0139]圖15a為根據(jù)不同的實施例的盒的正面視圖；
[0140]圖15b為用于圖15a的盒尺寸和體積的表；
[0141]圖16a為本發(fā)明中使用的隔斷閥的圖示；
[0142]圖16b為本發(fā)明中使用的開式閥的圖示；[0143]圖17為用于儀器的電泳部分的光源、光學元件和檢測器配置的示意圖；
[0144]圖18為光學元件的實施例的透視圖；
[0145]圖19為系統(tǒng)示意圖的圖形表示，描述本發(fā)明中使用的電氣和電子部件；
[0146]圖20為用于樣品制備階段的物理PCB布局的圖示；
[0147]圖21為采用用于本發(fā)明的表面安裝電阻器的示例性電阻加熱器的物理布局的圖示；
[0148]圖22為描述用于圖21的加熱器的控制電路的框圖；
[0149]圖23為PCB的一層的圖示，描繪用作加熱器的極限；
[0150]圖24為本發(fā)明中使用的輸出電壓的控制方法的流程圖；
[0151]圖25為圖示根據(jù)本發(fā)明的高壓電源的電流和電壓測量點的示意圖；
[0152]圖26為圖示本發(fā)明中使用的溫度測量電路的示意圖；
[0153]圖27為圖示圖23的電路中的ADC的輸出與測量的溫度之間的關系的曲線；
[0154]圖28為圖示圖26的溫度測量中的誤差的曲線；
[0155]圖29為用于本發(fā)明中使用的加熱器的溫度的流程圖；
[0156]圖30A和30B分別圖示用在本發(fā)明的實施例中的光學元件系統(tǒng)組件的透視圖和分解圖；
[0157]圖3IA和3IB分別圖示用在本發(fā)明的實施例中的磁性組件的透視圖和分解圖；
[0158]圖32圖示高壓電源的結構的圖形表示。
【具體實施方式】
[0159]在多種情況中，希望能夠分析生物樣品以獲得樣品和/或樣品的一個或多個成分的信息。這些情況包括醫(yī)療診斷，例如用于尋找病癥，以及司法科學，用于建立DNA分布圖。
[0160]目前，這種分析由受過高度訓練的科學家在實驗室環(huán)境中進行。這意味著相當大量的努力和經(jīng)驗用于樣品的處理、分析設備的使用和所實現(xiàn)的結論的公式化。然而，對將樣品傳輸至實驗室環(huán)境和隨后接收從實驗室環(huán)境回送的結果的需求，在獲取樣品和獲取樣品的結果之間引入潛在的時間延遲。對使用實驗室環(huán)境和受過高度訓練的科學家的需求潛在地增加所需要的時間，因為這種人和資源的供給是受限制的。對使用實驗室環(huán)境和受過高度訓練的科學家的需求增加成本，因為存在于這種工具和科學家相關聯(lián)的資金和運行成本。
[0161]如果較少實驗室類型的環(huán)境將用于分析，或所雇傭的職員是非專業(yè)的，則存在分析出現(xiàn)問題的可能，除非提供合適的和可靠的系統(tǒng)。
[0162]本發(fā)明在其可能的目標中是使得能夠在更多個位置和/或非實驗室類型位置進行樣品的分析。本發(fā)明在其可能的目標中是使得具有較低的訓練和/或經(jīng)驗水平的人能夠進行分析。本發(fā)明在其可能的目標中是能夠實現(xiàn)樣品的更低成本和/或更快的分析。本發(fā)明在其可能的目標中是通過執(zhí)法機構能夠更多使用和/或更成功地使用分析。
[0163]通過接下來的示例最佳地理解由本發(fā)明提出的多個構思和解決的多個問題。然而，應當理解，這些示例的真實本質(zhì)是詳細和詳盡的，并且即使在在本發(fā)明的其它實施例中僅實施小部分示例，也能夠出現(xiàn)受益于本發(fā)明的益處。
[0164]多個實施例和示例最初在參考樣品的背景中說明本發(fā)明；參考樣品是在受控的條件下從已知的個體收集的樣品。參考樣品的示例是由藥簽從已經(jīng)被逮捕的人的口腔收集的樣品，所述樣品在警察局中收集。本發(fā)明還適合生活環(huán)境調(diào)查樣品；即在非受控條件下從未知個體的位置收集的樣品。示例是在血源未知的情況下通過藥簽從犯罪現(xiàn)場收集的血斑。在參考樣品和生活環(huán)境調(diào)查樣品之間的差異對儀器、盒和方法的優(yōu)選形式存在影響的情況中，分開地描述生活環(huán)境調(diào)查樣品。
[0165]在出現(xiàn)特定情況或問題時，一個或多個部件由一個或多個不同的部件或不同的部件布置的代替是也可想象的。再一次，在用于儀器的參考樣品和生活環(huán)境調(diào)查樣品背景的討論之后，描述這些替換物。
[0166]作為出發(fā)點，有用的是通過舉例的方式建立儀器、盒和方法在它們所使用的整個背景中的背景。因此，在圖1中，存在本發(fā)明適合的整個過程的示意圖。這整個過程包括在樣品收集階段3中聚集的樣品I。在此之后是樣品制備階段5。在后續(xù)的樣品裝載階段7中，將收集的制備好的樣品I裝載在制備好的盒9中。下一個階段是將盒9引入至儀器11的盒安裝階段15。儀器11在樣品裝載階段7和/或在盒安裝階段15和/或隨后接收各種輸入13。
[0167]以下在圖2的背景中進一步描述在儀器11和盒9中進行的結構和過程。
[0168]一旦儀器11應完成這些階段并實現(xiàn)分析，則下一個階段是結果階段17。在此之后是一個或多個輸出階段19，和可能的、將分析結合在司法權的刑事審判系統(tǒng)中的其它階段
21。各個輸出階段19和其它階段21之間的寬范圍的可能的聯(lián)系是可能的，一些僅聯(lián)系至一個階段，其它是多個這種階段和/或其組合的結果。
[0169]輸出階段19可以包括結果從儀器至用于處理的遠程位置的傳遞。在最終結果返回至儀器11或另一個計算機之前，可以采用負載的軟件和/或硬件工具進行該處理。在遠程位置處處理結果在執(zhí)行該處理所需要的軟件/硬件的尺寸、成本或復雜度方面是優(yōu)選的，因此僅設置在有限數(shù)量的位置處，而不是設置每個儀器的一部分處。
[0170]儀器11的操作的接下來的描述以大致順序方式提供關鍵儀器階段和它們的相互關系的完整細節(jié)。
[0171]參照圖2，儀器具有樣品接收步驟200、樣品制備步驟202、樣品放大步驟204、電泳步驟206以及分析步驟208和數(shù)據(jù)通信步驟210。
[0172]在樣品接收步驟200中，將樣品I從位于盒9和儀器11之外的樣品儲存和/或處理臺5轉移到盒9上的位置。
[0173]初始收集裝置通常為藥簽。藥簽用來從物件或基板上拾取樣品I。
[0174]在樣品制備步驟202中，樣品中的關鍵成分與意圖制備樣品用于后續(xù)步驟的試劑和/或成分接觸。在該實施例中，樣品制備步驟202將樣品與珠子接觸以保留DNA并回收它，而未被回收的其他成分流過并流走。樣品制備步驟202還包括與清洗劑接觸以改善DNA從其它成分中的分離。清洗劑流過保持珠子和保留的DNA的腔并流動至另一個腔，廢物腔。清洗劑之后是用于從珠子上釋放DNA用于后續(xù)步驟的洗脫劑。
[0175]在樣品放大步驟204中，DNA與放大試劑接觸并被提供有通過PCR實現(xiàn)放大所需要的條件。
[0176]在電泳步驟206中，將放大的DNA輸送至起始點，用于在毛細管內(nèi)的基于遷移率的分離。電場隨后用來將復雜的DNA放大圖符(amplicons)分成不同尺寸的族。[0177]在分析步驟208中，檢查通道以建立在毛細管中檢查到的元素的相對位置和因此尺寸。這是通過激發(fā)光源實現(xiàn)的，激發(fā)光源是與將被檢測的元素相關聯(lián)的熒光標記和用于檢測所產(chǎn)生的熒光的核實的光學元件。
[0178]在數(shù)據(jù)通信步驟210中，儀器編譯用于傳輸?shù)谋匾獢?shù)據(jù)包并將它傳送至所考慮的遠程位置。數(shù)據(jù)包包括電泳結果的信息、樣品身份和其他信息。作為數(shù)據(jù)通信步驟210的一部分，分析過的結果由儀器接收。
[0179]在儀器本身上可能進行一些數(shù)據(jù)處理，例如用于去卷積分析結果以指示表示等位基因存在的峰值。
[0180]儀器可以被設置成一次考慮單個樣品的形式，或者可以被設置成一次考慮多個樣品的形式。多個樣品中的每一個可以在單獨的盒上運行，但處理多個樣品的改進的盒是可行的。多個盒的處理在允許采用單組控制器、電源、光學元件等來考慮多個樣品方面是有益處的，資金成本降低。
[0181]儀器性能
[0182]上述實施例的結果是提供快速的、可靠的樣品分析，同時在多個位置這樣做且有多個人操作的儀器、盒和操作方法的設置。
[0183]通過能力是性能，本發(fā)明提供了能夠進行提取、PCR、電泳和分析，同時需要用戶最少的訓練和/或干預的完全集成的儀器。在其最佳形式中，提供了從開始到結束的全自動系統(tǒng)，用戶簡單地需要將盒裝到儀器中并開始它。
[0184]該儀器的模塊化形狀允許在不影響其他模塊的情況下升級一個或多個模塊。已經(jīng)仔細地選擇數(shù)據(jù)輸出格式以允許由多種現(xiàn)有的分析軟件應用程序輸出的數(shù)據(jù)的分析，如Forensic Science Service Limited的I3或將來的軟件應用程序。
[0185]分析的最終結果可以是樣品的分布圖和/或樣品和數(shù)據(jù)庫記錄的樣品和/或其他解釋基數(shù)據(jù)之間的匹配的指示。
[0186]用于處理來自多個源的多個樣品的單個盒類型的使用是有益處的。該方法能夠處理源自口腔藥簽、棉花和其他軟藥簽的樣品、水性樣品、衣物樣品、香煙殘余部分、口香糖
坐寸ο
[0187]該方法還能夠將有用的DNA從殘余細胞材料、PCR抑制劑(如酒精，靛青等)和化學抑制劑中分離出來。
[0188]該儀器是完全便攜的，并且因此可以用作多個位置。盒的完全密封和受保護的性質(zhì)意味著不存在污染風險，即使在實驗室標準環(huán)境之外使用時。
[0189]儀器脫離采用常規(guī)電插頭的標準干線電源(110-240V，50Hz)運行。
[0190]關于從樣品接收步驟202到在數(shù)據(jù)通信步驟210中離開儀器的傳輸?shù)恼w時間，所描述的實施例在141分鐘的時間周期提供該過程。包括通過在接下來的段落中提出的選項和變量，可以減小該時間周期。
[0191]關于樣品接收步驟2002，所描述的實施例在2分鐘的時間周期內(nèi)提供該步驟。取決于所使用的裝載方法和需要裝載的試劑或樣品的數(shù)量，20秒和5分鐘之間的時間周期是能夠容易實現(xiàn)的。
[0192]關于樣品制備步驟202，所描述的實施例在24分鐘的時間周期內(nèi)提供該步驟。通過縮短在一個或多個腔(例如，培養(yǎng)腔358)中的停留時間，和/或通過減小閥啟動和啟動輸出之間的時間間隔，和/或通過建設所使用的清洗和/或洗脫體積，可以減小該時間周期。15?30分鐘的時間周期是能夠容易實現(xiàn)的。
[0193]關于樣品放大步驟204，所描述的實施例在80分鐘的時間周期內(nèi)提供該步驟。通過縮減所使用的循環(huán)次數(shù)、縮短循環(huán)的一個或多個部分的持續(xù)時間，以及縮短引入到腔之后和PCR開始之前的時間周期和/或PCR完成之后和移除樣品至下一階段的時間周期，可以減小該時間周期。再一次，閥啟動和啟動輸出可靠之間的時間間隔是重要的。60?120分鐘的時間周期是能夠容易實現(xiàn)的。
[0194]關于電泳步驟206，所描述的實施例在15分鐘的時間周期內(nèi)提供該步驟。通過在毛細管中使用更高的和/或更快的移動介質(zhì)和/或減小樣品引入時間，可以減小該時間周期。I?60分鐘的時間周期是能夠容易實現(xiàn)的。
[0195]在重量小于IOkg且占據(jù)小于0.1m2的覆蓋區(qū)域的儀器中實現(xiàn)這種功能性。
[0196]儀器使用領域
[0197]上文和下文討論的結構和方法在考慮除法庭樣品之外的多種樣品時是有用的。例如，在下述情況下可以使用它們:標記目標、診斷化驗、疾病標記、生物金融應用、移植中的STR劑目標、耐藥微生物的識別、驗血、突變檢測、DNA排序等的考慮。食品分析、藥物遺傳學和藥物基因學使用領域。在醫(yī)療和/或生物科技領域中的多種用途可以利用本發(fā)明。
[0198]本發(fā)明還適用于其中需要根據(jù)DNA確定家庭關系，例如父子關系測試的情況。動物中的血統(tǒng)測試是另一個示例。
[0199]本發(fā)明的在邊界控制、安全、海關環(huán)境和其他政府類型用途中的使用是有益處的。
[0200]儀器結構和外觀
[0201]在圖3中圖示儀器11，儀器11設置在殼體8000內(nèi)。儀器11的中部8002設置有門8004，門8004設置有門鎖8006。在門8004后面是在下文被更詳細地描述的盒在使用中安裝的位置。該位置是其中盒的平面平行于印刷電路板8008的平面的位置；圖6。在該位置處，盒和印刷電路板8008上的元件彼此接觸。
[0202]在印刷電路板8008后面的是用于操作和控制設置在印刷電路板8008上的元件的電子元件。這些包括電源、電壓控制器、溫度控制器等。在下文更詳細描述它們。
[0203]儀器11的上部8010設置顯示器8012，用戶通過顯示器8012將信息輸入到儀器11中并接收來自儀器的視覺信息。用于顯示器8012的操作的軟件和硬件設置在顯示屏8012后面定位在上部8010中的計算機上。
[0204]儀器11的下部8014包含用于用在毛細管電泳的檢查中的激光器的高壓電源和控制器。同樣在該下部8014中的是用來檢測熒光的電荷耦合裝置和用于將光傳輸至毛細管和傳輸來自毛細管的光的光學元件。
[0205]在圖4a、4b和4c中示出儀器的另一個實施例。儀器29_11設置在殼體29-8000內(nèi)。儀器11的上部29-8002設置有門29-8004。門29-8004是殼體29-8000的頂部29-8006和前部29-8008的組合。
[0206]儀器11的下部29-8010設置顯示器29-8012，用戶通過顯示器29-8012將信息輸入到儀器11中并接收來自儀器11的視覺信息。
[0207]窗口 29-8014允許視覺檢查所使用的盒。一系列光條29-8016用來指示前進通過所涉及的步驟的程度。亮的光條越多，步驟的進展程度越大。[0208]鐵筆29-8018由操作者使用以與顯示器29-8012交互作用。
[0209]各種控制按鈕29-8020設置在屏幕29-8012下面。
[0210]儀器的整體尺寸是，寬度W為419臟，整體高度OH為621mm，深度D為405mm。
[0211]側板29-8022是可拆除的，用于維護目的。
[0212]圖5的實施例更清楚地示出門30-8004結構，以及通過門進出的工作空間30-8024。工作空間30-8024包括插入盒托架30-8026的狹槽。在本文中的其他地方描述盒托架30-8026。工作空間30-8024還包括通路發(fā)現(xiàn)設備30-8028。
[0213]通過旋轉打開側板30-8032中的蓋30-8030，以允許接近光學元件用于維護目的。
[0214]盒至儀器的接口
[0215]一旦向盒中裝入樣品，則將盒裝入儀器11中，用于將執(zhí)行的處理。
[0216]作為第一步驟，釋放門鎖8004并打開門8002。
[0217]為了插入盒9，圖6，盒9的支撐PCR腔416的部分插入控制PCR過程的部件之間的狹槽8023中。這些部件包括熱電加熱器/冷卻器、珀耳帖裝置8025和用于它們的風扇8027。這些部件自由行進至受限制的范圍，以幫助盒9在狹槽8023內(nèi)的定位，同時在插入之后被強制返回最佳位置，以給出有效的加熱/冷卻。
[0218]盒9設置有一系列凹部，凹部與延伸穿過印刷電路板8008的銷子協(xié)作，以相對于印刷電路板8008精確地寄存盒9。銷子布置使得盒9不適合周圍錯誤的道路。
[0219]一旦定位，盒9設置在平行于印刷電路板8008的平面的平面中。兩個部件都具有彼此面對的平坦表面，以幫助它們之間所需要的良好接觸。
[0220]通過安裝在門8002的內(nèi)表面上的系列彈簧加載銷的方式，門8002的關閉和門鎖8004的操作將壓縮力施加至盒9。這幫助將盒9保持為與印刷電路板8008牢固地接觸。
[0221]印刷電路板8008對本發(fā)明成功操作是重要的。它為盒9上的將被驅動的各種部件提供能量源。實際上，驅動器都設置在盒9中，但能量源設置在印刷電路板8008上。以這種方式，通過印刷電路板8008的昂貴且專門編寫的電子元件和布置確保所需要的精確操作；儀器的可重復使用的部件。以這種方式，盒9是簡單的且獨立的。這降低了二者之間的接口的復雜性，并且還去除了盒9的內(nèi)容物的污染風險。僅在印刷電路板8008和盒9之間進行轉移，并且從加熱器和由磁體提供的磁場散發(fā)熱量。
[0222]印刷電路板上設置的元件包括:
[0223]a)連接至盒9上的電化學泵電極的銷的電接觸件。在需要時，這些接觸件提供使電化學泵運轉的電力。
[0224]b)用來將熱量施加至盒上的閥以根據(jù)它們的類型打開和關閉閥的電加熱器。這些電加熱器是通過將糊膏印刷至目標位置而涂敷的電阻加熱材料的方塊區(qū)域。如果方塊相對于受閥控制的通道的軸線旋轉45度，則改善加熱效果。
[0225]c)當希望保留珠子和防止它們移動時，磁體被推進為靠近盒9。當希望釋放腔內(nèi)的珠子時，遠離盒9縮回磁體。
[0226]d)傳感器提供由加熱器等引起的條件的反饋和/或驗證。
[0227]盒至儀器接口的替換物
[0228]如果需要改變或改善盒和印刷電路板之間的接觸，存在多個選擇進行這樣做，包括下述選擇:[0229]a)由安裝在門8002上的彈簧式銷提供的負載可以增加。這施加作用力至盒9并將盒9推靠在印刷電路板8008上。
[0230]b)盒9被機械地夾緊至印刷電路板8008，夾子施加壓縮力。
[0231]c)盒9在意圖接觸印刷電路板的表面上可以設置有可壓縮基板。以這種方式，當盒9和印刷電路板8008被推在一起時，基板將所有的接觸處都提供良好的接觸?；蹇梢詾楣腆w材料、糊膏或者甚至液體。例如，基板或其一部分的材料被選擇為提供最大導熱率?？梢蕴砑宇w粒、納米顆?；蚱渌牧弦愿淖兲匦浴Ｔ谑褂弥翱梢杂煽蓜冸x的背襯保護基板。
[0232]d)如上所述，部件(如加熱器等)被設置在印刷電路板8008上的固定位置中。這意味著它們與印刷電路板8008 —起移動?？尚械氖菫檫@些部件中的一個或多個，以及甚至每一個，提供獨立運動度。例如，可以以彈簧安裝將它們設置在印刷電路板上。以這種方式，每個部件能夠獨立地調(diào)整它相對于盒的向前和向后的位置。
[0233]e)如圖7所示，能夠與將控制PCR過程的層疊部件相反地設置盒9的支撐PCR腔416的部分。在這種示例中，疊層包括與盒9接觸并與第二珀耳帖裝置23-03接觸和對齊的第一珀耳帖裝置23-01。裝置的層疊允許在PCR腔內(nèi)獲得高溫，例如大于150°C。這種溫度在熔化在本文中的其它地方描述的高熔點蠟狀密封件方面是有益處的。
[0234]f)可以使用加熱器的替換形式代替珀耳帖裝置效應裝置。例如可以使用紅外加熱裝置。PCR腔周圍的材料或該材料的一部分能夠進行電阻加熱，以將必要的加熱給予腔。可以使用定位在盒上的電阻加熱器。可以使用微波加熱。
[0235]可替換的盒至儀器接口
[0236]在上文關于圖4a、b、c和圖5描述的儀器的可替換實施例中，盒沒有直接裝在儀器中。相反，一旦裝有樣品，則盒31-01裝入盒托架31-03中。
[0237]托架31-03的使用意味著可以獨立地構造盒31-01和CE芯片。這允許將不同的材料和/或不同的制造公差用于不同的部件；因此可以在成本和/或性能和/或它們之間的平衡方面提供有益的效果。
[0238]托架31-03還允許容易組裝所需要的部件和以整體形式將它們插入儀器中。同時，托架被設計為允許對盒和CE芯片進行單獨的對準檢查和調(diào)整，使得二者都位于它們在儀器內(nèi)的正確的最佳位置。
[0239]如果需要，可以檢查盒位置，并且可以進行必要的任何對準調(diào)整。在CE開始之前，在CE開始之前需要進行的任何調(diào)整之內(nèi)，可以對CE芯片的對準進行單獨的檢查。
[0240]在圖8中圖示盒托架31-03。盒托架31-03包括第一支撐件31-05和垂直于第一支撐件31-05的第二支撐件31-07。
[0241]第一支撐件31-05用來支承盒31-01。第二支撐件31-07用來支承毛細管電泳、CE、芯片；在下文進一步描述這種交互作用。
[0242]以制備好的盒31-01的面31-09面對由第一支撐件31-05限定的面31-11的方式呈現(xiàn)制備好的盒31-01。設置在第一支撐件31-05的每個角處的外螺紋螺釘被容納在設置在盒31-01的每個角處的相對孔中。螺釘?shù)男D使它們接合并進入設置在孔中的內(nèi)螺紋。進一步擰緊將盒31-01安裝在第一支撐件31-05上，并且因此將托架31-03安裝在安全的和已知的位置中。[0243]CE芯片32-31插入托架32-03中，如圖9a所示。CE芯片32-31滑入狹槽中。如圖9b所示，第二支撐件32-07在任一端部處提供用于容納CE芯片32-31的端部32-35的這種狹槽32-33。CE芯片32-31的前緣32-39上的斜面32-37與彈簧加載活塞32-43的末端32-41接合并引起它向外移動，箭頭A。一旦凹部32-43被呈現(xiàn)給活塞32-43的末端32-41，則活塞32-43返回，箭頭B，并且因此防止CE芯片32-31越過目標位置向外運動。
[0244]一旦盒31-01和CE芯片32-31插入托架31-03，32-03中，則由管在二者之間提供流體連接。
[0245]在將盒31-01和CE芯片32-31插入托架31-03中后，如上所述，托架31-03準備好插入。
[0246]作為第一步驟，打開門30-8004以露出工作空間30-8024。工作空間30-8024包括插入托架的狹槽。
[0247]托架插入狹槽直到第二支撐件擱在工作空間30-8024的表面上。托架與狹槽的協(xié)作在側向和垂直定位方面確保盒相對于儀器的正確的普通定位；圖5。
[0248]以這種方式進行的插入提供盒的在將控制PCR過程的部件之間支撐PCR腔的部分；如下文進一步描述的那樣。
[0249]一旦插入，門30-8004關閉。門30-8004的關閉基于關閉的門30-8004和殼體之間的接觸觸發(fā)多個動作。盒至PCB的夾緊、CE芯片在CE芯片加熱器板上的定位、電接觸件至設置在CE芯片上的引腳的引入、電接觸件至提供至電化學泵中的電極的導電路徑的引腳的引入都是被以這種方式觸發(fā)的。門30-8004的關閉還用于斷開用于儀器內(nèi)的各種安全系統(tǒng)的互鎖。該互鎖例如防止激光器在門或儀器的殼體中的任何其他開口打開的情況下活動。類似的原則適用于儀器內(nèi)的。
[0250]如與其它實施例一樣，重要的是在盒和儀器接口之間提供有效的和精確的接觸。
[0251]盒和PCB之間的面對面接觸提供盒和儀器之間的大部分交互作用，例如，用于閥控制裝置、傳感器等的加熱。然而，通過其它部件提供PCR腔及其溫度循環(huán)控制器之間的接觸;參見圖36a，b，c和d0
[0252]在圖1Oa中，盒36-01被示出為插入設置在儀器中的狹槽中。一旦插入，盒36_01支撐PCR腔的部分定位在一對卡尺36-100之間。PCB在該位置處被切掉，從而不阻擋珀耳帖裝置效應裝置36-102，36-108和該對卡尺36-100的道路?？ǔ?6-100是浮動的，使得它們在從插入位置至使用位置的運動期間不干擾盒36-01和PCB之間尋求的接觸。
[0253]前測徑器36-100a設置有安裝在支撐件36-104上的珀耳帖裝置效應裝置36-102，支撐件36-104在致動器36-106的控制下能夠沿箭頭C往復運動。致動器36-106還安裝在該對卡尺36-100上。
[0254]后測徑器36-100b設置有固定地安裝在測徑器36_100b上的第二珀耳帖裝置效應裝置36-108。第二珀耳帖裝置效應裝置36-108被設置為與珀耳帖裝置效應裝置36-102相對。
[0255]在圖1Oc中示出的打開位置中，如設置有位于插入位置的盒，珀耳帖裝置效應裝置36-102和第二珀耳帖裝置效應裝置36-108的相對面36-110，36-112之間的距離大于盒36-01的該部分的厚度，并大于托架36-03的在托架36-03的插入期間在該對卡尺36-100之間經(jīng)過的厚度。[0256]在圖1Od中示出的關閉位置中，如在放大步驟期間提供，該距離減小。這是通過致動器36-106將前測徑器36-100a上的珀耳帖裝置效應裝置36-102移向盒36-01和移向相對的第二珀耳帖裝置效應裝置36-100b實現(xiàn)的。這種致動，與該對卡尺36-100的浮動特性組合，使兩個珀耳帖裝置效應裝置在它們的相對側都與盒36-01牢固地接觸。它們現(xiàn)在位于為PCR步驟提供必要的加熱和/或冷卻的位置。
[0257]用于檢測所施加的溫度并且潛在地用于控制所施加的溫度的熱電偶被設置為靠近珀耳帖裝置效應裝置、嵌入銅墊片、結合至珀耳帖裝置效應裝置。
[0258]在移除托架36-03之前，致動器36-106將珀耳帖裝置效應裝置36-100返回至打開位置。
[0259]盒
[0260]對儀器的操作關鍵的是可丟棄的一次性盒9。該盒9意圖僅在單個場合處理和提供分析結果。由于將制造、組裝或進貨成本保持為低的需求，盒9的可丟棄性質(zhì)在可使用的材料方面對盒9施加大量限制。
[0261]現(xiàn)在描述盒9的詳細布局。稍后，提供構成盒的元件的操作順序的描述。
[0262]圖1la為在盒9上提供的樣品接收步驟200的一部分、整個樣品制備步驟202和整個樣品放大步驟204的圖示。后續(xù)的步驟和它們各自對盒9的越過被單獨地圖示。
[0263]圖1lb提供所使用的各個腔的容積、盒9的各個部件的深度(實際上，到紙頁中)和該部分的整體尺寸的細節(jié)。
[0264]盒9設置有樣品引入腔302，樣品引入腔302連接至通向盒300外面的通道304。這形成在盒9上提供的樣品接收步驟200的那些部件。
[0265]樣品制備步驟204跟隨其后。為了提供樣品制備步驟204，樣品引入腔302連接至泵送流體通道306并因此連接至第一電化學泵308。樣品引入腔302具有出口通道310，出口通道310經(jīng)過閥312并提供至提純緩沖腔314的進口。閥312最初是打開的。
[0266]提純緩沖腔314經(jīng)由通道316連接至珠子儲存腔318。珠子儲存腔318經(jīng)由通道320連接至初始混合腔322。來自初始混合腔322的出口通道324由關閉的閥326阻擋，但通風通道328是打開的，因為閥330最初是打開的。
[0267]出口通道324越過閥326通向第一個另外的混合腔332，并且隨后通過通道334到第二個另外的混合腔336。來自第二個另外的混合腔336的出口 338越過閥340通向培養(yǎng)腔342，在培養(yǎng)腔342中氣泡混合幫助DNA的珠子結合過程。
[0268]培養(yǎng)腔342具有設置有閥346的通風通道344和最初由閥350封閉的出口通道348。培養(yǎng)腔342還設置有泵送流體進口通道352，泵送流體進口通道352經(jīng)過閥354并連接至第二電化學泵356。來自培養(yǎng)腔342的出口通道348通向捕獲腔358，在捕獲腔358中收集珠子和因此結合的DNA。捕獲腔358設置有經(jīng)過第一閥362和第二閥364的第一通風通道360。捕獲腔358還設置有經(jīng)過第一閥368和第二閥370的第二通風通道366。
[0269]還連接至捕獲腔358的是清洗緩沖通道372。清洗緩沖通道連接至第一閥374和第二閥376，并且從第二電化學泵356通過清洗緩沖腔378通向捕獲腔358。
[0270]還連接至捕獲腔358的是洗脫液通道380。洗脫液通道380連接至第一閥382、洗脫液儲存腔384、第二閥386并返回第三電化學泵388。
[0271]捕獲腔358具有清洗出口通道390，清洗出口通道390分成經(jīng)過閥394的第一清洗出口通道段392和經(jīng)過閥398的第二清洗出口通道段396。在經(jīng)過它們各自的閥394，398之后，第一清洗出口通道段392和第二清洗出口通道段396彼此重新接合以形成另一個清洗通道400。所述另一個清洗通道400經(jīng)過閥402通入清洗腔404中。清洗腔404沿著通風通道406經(jīng)過閥408向外排出。這些元件提供樣品制備步驟202。
[0272]為了提供樣品放大步驟204，捕獲腔358還設置有洗脫出口通道410，洗脫出口通道410經(jīng)過閥412并經(jīng)過閥414且通入PCR腔416中。來自PCR腔416的出口通道418經(jīng)過閥420通入儲存腔422中。儲存腔422通過通風通道424向外排出。下文進一步描述儲存腔422的作用。
[0273]設置在PCR腔416中的是裝載有試劑珠子，PCR過程需要的多重混合物。試劑/多重混合物包括初級dNTP和PCR反應混合物，包括Tris緩沖劑、MgCl2、NaCI和BSA。這些試劑一旦接觸PCR腔416中的珠子就釋放到樣品中，并且溫度升高到環(huán)境溫度以上。
[0274]上述電路整體上足以接收、保留、清洗、洗脫樣品和在樣品上進行PCR，以及儲存來自該過程的廢棄物和PCR產(chǎn)品的存檔文件。
[0275]接下來，圖12中圖示的布置可以用來將現(xiàn)在放大的DNA從PCR腔416轉移到電泳步驟206。
[0276]在圖12中，PCR腔416是被在圖1la中圖示并被在上文描述的同一 PCR腔416。從圖1la中省略其它特征以改善該圖的清楚性。
[0277]引自PCR腔416的是連接至放大材料混合腔502的變性輸送通道500。放大材料通過連接至通道506的第四電化學泵504的動作被從PCR腔416抽取，并被泵送至變性劑儲存腔508，通過通道510到達PCR腔416。在變性劑儲存腔提供優(yōu)選形式的甲酰胺。
[0278]這些部件在樣品放大步驟204期間通過關閉的閥512和關閉的閥514與PCR腔416隔離。兩個閥512和514是打開的，閥516和518是關閉的，以輸送放大材料遠離PCR腔 416。
[0279]從變性輸送通道500開始，放大材料和變性劑進入第一放大材料混合腔502，通過通道520，進入第二放大材料混合腔522，通過通道524并進入第三放大材料混合腔526。當?shù)谌糯蟛牧匣旌锨?26填滿時，閥528關閉且通風口 530打開。提供45: I的整體體積，5: I來自PCR腔，40: I來自變性劑儲存腔508。
[0280]放大材料在必要時間內(nèi)和必要溫度處被保持在第三混合腔526中，以完成變性過程。一旦這已經(jīng)實現(xiàn)，則閥528打開，并且通過第四電化學泵504進行的進一步的泵送將變性材料泵送至電泳步驟進口 532。在進口 532處，變性材料從盒9的平面出來并到達后面的電泳盒部分。一旦經(jīng)過進口 532，閥534關閉以將盒9與電泳盒部分600隔離。
[0281]該結構的整體結果是將放大的DNA泵送至用于電泳步驟206的開始點。
[0282]以方式提供從PCR到CE步驟的轉移:允許容易集成步驟、不影響PCR中所需要的溫度和壓力穩(wěn)定性并且在轉移期間實現(xiàn)最少的樣品損失的。樣品的自動轉移和轉移期間的尺寸標準以及在CE之前預濃縮樣品的可能性也成為可能。
[0283]在圖13a的側視圖和圖13b的正視圖中可以看到電泳步驟206的整體配置。
[0284]進口 532從盒9的平面出發(fā)，通入電泳盒部分600。在這里，進口 532通入電泳輸送容器604的頂部602。頂部602是空的，但下部606設置有凝膠體608，凝膠體608還填充毛細管610。樣品由未示出的第四電化學泵泵送到電泳輸送容器604中。[0285]采用電泳作為輸送機制實現(xiàn)樣品從容器604到毛細管610內(nèi)的正確的位置的流動。
[0286]在該實施例中，設置在毛細管盒部分600內(nèi)的噴射器結構是雙T噴射器。這包括第一電極位置612、設置在長毛細管616的另一端處的第二電極位置614，在長毛細管616中實現(xiàn)基于尺寸的分離。第三電極位置618和第四電極位置620分別設置在側臂622和624中。側臂彼此相對偏移，側臂624比側臂622更朝向第二電極位置614。
[0287]最初，通過施加至存在于第三電極位置618的電極的電壓，樣品被從容器604中的液相抽吸通過具有設置在容器604中的凝膠體的界面，并因此進入凝膠體。一旦樣品已經(jīng)被抽吸經(jīng)過第四電極位置620，則電壓還施加至位于第四電極位置的電極。同樣，位于第三電極位置的電極可以位于600V的電壓處，位于第四電極位置的電極可以位于200V的電壓處。針對位于第一電極位置612和第二電極位置614處的電極，電壓可以浮動。
[0288]這種情況導致樣品被抽吸沿著側臂624，沿著部分626并進入側臂622，使得樣品存在于兩個側臂622和624以及毛細管616的部分626中。
[0289]這在電泳將在部分626中起作用時插入樣品。
[0290]為了降低所使用的電極的成本，與一次性盒一致，可以使用鍍鎳、鍍金、鎳和其它低成本電極。
[0291]一旦定位，施加分離電壓:在處于第二電極位置614的電極處為1500V ;在處于第一電極位置612的電極處為OV ；以及在存在于第三電極位置618和第四電極位置620處的電極處為200V。
[0292]毛細管616填充有凝膠體基質(zhì)，凝膠體基質(zhì)優(yōu)選地在它們的尺寸增加時延遲DNA內(nèi)的成分的進展速度。結果是所述成分的基于尺寸的分離，更快的成分首先到達檢測位置626，最慢的成分最后到達檢測位置628。信號產(chǎn)生和形成電泳圖的不同時間指示該信號背后的成分的尺寸。
[0293]能夠通過在毛細管內(nèi)采用尺寸標準幫助理解未知的成分尺寸。這是采用不同的染料顏色提供的或以其它方式呈現(xiàn)不同。在美國專利申請N0.61/096424中提出的方法提供了用于根據(jù)尺寸標準確定未知物的尺寸的方法，通過引用將該美國專利申請的內(nèi)容結合于此。
[0294]下文描述光源、光學元件和檢測器的配置和操作。
[0295]還已經(jīng)開發(fā)了盒的其它實施例。
[0296]如圖14所示，通過為電化學泵27-03，27-05，27-07，27-09提供通向泵中的電極的引線和未示出的Pogo?引腳類型的電源之間的連接，修改盒27-01。引腳27-11被彈簧加載在盒27-01的凹部中，并且在使用中，接觸盒至儀器接口的另一側的類似的彈簧加載引腳(未示出)。因此提供可靠的電接觸，并且盒在除其中用于電化學泵的引線從盒側突出的設計之外的儲存、安裝和使用期間更加耐用，避免損壞。
[0297]圖14中示出的形式的特征還在于引導孔27-13，引導孔27-13用在盒和儀器的對準中，如下文更詳細地描述的那樣。
[0298]在圖15a中示出盒的優(yōu)選實施例。這是樣品接收步驟200在盒28_09上提供的部分、整個樣品制備步驟202、整個樣品放大步驟204、整個樣品變性步驟至毛細管電泳步驟206的輸送的圖示。[0299]圖15b提供所使用的各個腔的容積、盒28-09的各個部件的深度(實際上，到紙頁中)和該部分的整體尺寸的細節(jié)。
[0300]盒28-09設置有樣品弓I入腔28-302，樣品引入腔28-302連接至通向盒28-09外面的通道28-304。這形成樣品接收步驟200中的在盒28-09上提供的那些部分。
[0301]樣品制備步驟204跟隨其后。為了提供樣品制備步驟204，樣品引入腔28-302連接至泵送流體通道28-306并且因此連接至第一電化學泵28-308。樣品引入腔28-302具有出口通道28-310，出口通道28-310經(jīng)過閥28-312并提供至珠子儲存腔28-318的進口。閥28-312最初是打開的。
[0302]珠子儲存腔28-318具有通向結合緩沖儲存腔28-314的出口通道28-316。與圖3a實施例相比，這種腔順序是顛倒的。結合緩沖儲存腔28-314具有通向混合/提純腔28-322的出口通道28-320。
[0303]混合/提純腔28-322經(jīng)由通過閥28_326的通道28_324并經(jīng)由通道28-500連接至第一附加混合器28-332。來自混合/提純腔28-322的出口通道28-324由關閉的閥28-326阻塞，但通風通道28-328是打開的，因為閥28-330最初是打開的。
[0304]出口通道28-324經(jīng)過閥28_326通向第一附加混合器28_332并且隨后通過通道28-334通向第二附加混合器28-336。來自第二附加混合器28-336的出口 28-338經(jīng)過閥28-340通向培養(yǎng)腔28-342，在培養(yǎng)腔28-342中氣泡混合幫助DNA的珠子結合過程。培養(yǎng)腔28-342可以被主動加熱，或者簡單地提供必要的停留時間和/或所需要的其他結合條件。
[0305]培養(yǎng)腔28-342具有設置有閥28_346的通風通道28_344和最初由閥28-350關閉的出口通道28-348。培養(yǎng)腔28-342還設置有泵送流體進口通道28-352，泵送流體進口通道28-352經(jīng)過閥28-354并連接至第二電化學泵28-356。
[0306]來自培養(yǎng)腔28-342的出口通道28_348還通向捕獲腔28_358，在捕獲腔28-358中收集珠子并因此收集結合的DNA。捕獲腔28-358設置有經(jīng)過第一閥28-362和第二閥28-364的第一通風通道28-360。捕獲腔28-358還設置有經(jīng)過第一閥28-368和第二閥28-370的第二通風通道28-366。
[0307]還連接至捕獲腔28-358的是清洗緩沖通道28_372。清洗緩沖通道連接至第一閥28-374和第二閥28-376，并從第二電化學泵28-356通過清洗緩沖腔28-378同樣捕獲腔28-358。
[0308]還連接至捕獲腔28-358的是洗脫液通道28-380。洗脫液通道28-380連接至第一閥28-382，洗脫液儲存腔28-384，第二閥28-386并返回至第三電化學泵28-388。
[0309]捕獲腔28-358具有清洗出口通道28-390，清洗出口通道28-390分成經(jīng)過閥28-394的第一清洗出口通道段28-392和經(jīng)過閥28-398的第二清洗出口通道段28-396。在經(jīng)過它們各自的閥28-394，28-398之后，第一清洗出口通道段28-392和第二清洗出口通道段28-396彼此重新接合以形成另一個清洗通道28-400。所述另一個清洗通道28-400經(jīng)過閥28-402通入清洗腔28-404中。清洗腔28-404沿著通風通道28-406經(jīng)過閥28-408向外排出。這些元件提供樣品制備步驟202。
[0310]為了提供樣品放大步驟204，捕獲腔28-358還設置有洗脫出口通道28_410，洗脫出口通道28-410經(jīng)過閥28-412并經(jīng)過閥28-414且通入28-PCR腔416中。來自PCR腔28-416的出口通道28-418經(jīng)過閥28-420通入儲存腔28-422中。儲存腔28-422通過通風通道28-424向外排出。如在上文中進一步描述了儲存腔28-422的作用。
[0311]設置在PCR腔28-416中的是裝載有試劑的珠子，PCR過程需要的多重混合物。試劑/多重混合物包括初級dNTP和PCR反應混合物，包括Tris緩沖劑、MgCl2, NaCI和BSA。這些試劑一旦接觸PCR腔28-416中的珠子就釋放到樣品中，并且溫度升高到環(huán)境溫度以上。
[0312]上述電路整體上足以接收、保留、清洗、洗脫樣品和在樣品上進行PCR，以及儲存來自該過程的廢棄物和PCR產(chǎn)品的存檔文件。
[0313]與先前的實施例相比，該電路的PCR部分已經(jīng)移動至盒的上部，以防止它在實體上更靠近CE芯片。
[0314]接下來，圖15a中示出的進一步的布置可以用來制備、變性步驟和將現(xiàn)在放大的DNA從PCR腔28-416轉移到電泳步驟206中。
[0315]引自PCR腔28-416的是出口通道28-418。出口通道28-418在閥28-420和28-504之后分成變性輸送通道28-550和通向儲存腔28-422的通道。變性輸送通道28-550連接至變性腔28-552。放大材料通過連接至通道28-556的第四電化學泵28-554的動作被從PCR腔28-416抽取，因此被泵送至變性劑儲存腔28-558并通過閥28-560和通道28-562到達PCR腔28-416。在變性劑儲存腔28-558中提供甲酰胺，與尺寸標準結合以用在毛細管電泳步驟中。
[0316]這些部件在樣品放大步驟204期間通過關閉的閥28-512和關閉的閥28-502與PCR腔閥28-420隔離。兩個閥28-502和28-420是打開的，閥28-414和28-506是關閉的，以輸送放大材料遠離PCR腔28-416到達變性腔28-552。這通過閥28-564排出，出口通道28-566 由閥 28-568 關閉。
[0317]放大材料在必要時間內(nèi)和必要溫度處被保持在變性腔28-552中，以完成變性過程。一旦這已經(jīng)實現(xiàn)，則閥28-568打開，并且通過第四電化學泵28-554進行的進一步的泵送將變性材料泵送至電泳步驟進口 28-570。
[0318]在進口 28-570處，變性材料從盒9的平面出來并通過管到達后面的電泳盒部分。該結構的整體結果是將放大的DNA泵送至用于電泳步驟206的開始點。
[0319]上文提供了進口 28-570至CE芯片的連接的細節(jié)。
[0320]在上文和接下來的部分中描述的整個操作中，對操作條件、部件性能和成功的操作進行多種檢查，以確保從開始到結束都正確地提供處理。誤差或問題被指示給操作者。
[0321]盒部件
[0322]在盒內(nèi)的是大量部件，每個部件在其作用和其與其它部件結合的作用被優(yōu)化。
[0323]I)閥
[0324]為了最小化制造成本并給出一致的操作，盒中的所有閥都是兩種類型中的一種。這兩種類型是隔斷閥2000 ;圖16a ;和開式閥2002 ;圖16b。
[0325]在圖16a中示意性地示出隔斷閥2000。隔斷閥2000相對于重力方向定位在將被關閉的通道2004的上方。隔斷閥2000由導管2006形成，導管2006與通道2004流體連通并與閥容器2008的底部流體連通。閥容器2008填充有固體石臘，直徑為3mm并設置有導管2006。在閥容器2008的頂部上，氣體通道2010提供與閥氣體容器2012的流體連通。閥氣體容器2012充滿空氣。[0326]圖16a中的虛線示出隔斷閥2000與設置在儀器的鄰接印刷電路板上的未示出的加熱器元件接觸的位置的部分。
[0327]當隔斷閥2000將被啟動時，引起加熱器元件加熱。這既熔化閥容器2008中的固體石蠟又引起閥氣體容器2012中的空氣膨脹?？諝獾呐蛎浱峁寗恿σ詫⑷刍墓腆w石蠟從閥容器2008移動到導管2006中且隨后移動到通道2004中。
[0328]所移動的固體石蠟的體積由閥氣體容器2012被加熱到的溫度(壓力變化)和所施加的加熱的持續(xù)時間(因為固體石蠟在加熱斷開時立即固化)控制。
[0329]固體石蠟到通道2004中的連續(xù)移動引起固體石蠟沿每個方向沿著通道2004膨脹。
[0330]在一些情況中，通道中的流體將不沿一個方向壓縮或移動(或者在可能的范圍內(nèi)受到限制)，并且因此固體石蠟在通道2004內(nèi)的流動優(yōu)選沿其它方向出現(xiàn)。通常，固體石蠟移動到通道2004中，直到填充通道2004的2mm至IOmm長度。在去除熱量后，固體石蠟在該新的位置固定，并且可靠地密封通道2004。
[0331]通道2004將被關閉的部分相對于重力方向被故意選擇為水平的，因為這幫助將固體石蠟保持在將被密封的位置處。
[0332]為了進一步幫助密封的形成，有利的是設置隔斷閥，使得它相對于重力方向位于一個或兩個向上彎曲之間。如圖16a所示，彎曲2014幫助密封在通道2004內(nèi)的精確形成。
[0333]在圖16b中示意性地示出開式閥2002。開式閥2002被定位為通道2004的流體流過的部分。開式閥2004有閥腔2020形成，閥腔2020在第一側壁2024中具有來自通道2004的進口 2022，并且在相反的側壁2028中具有通向通道2004的延續(xù)部分的出口 2026。
[0334]固體石蠟定位在閥腔2020的初始部分2030中。在該初始部分2030下游的是俘獲部分2032。圖1Ob中的虛線示出開式閥2002的與設置在儀器的鄰接印刷電路板上的未示出的加熱器元件接觸的部分。
[0335]當開式閥2002將被啟動時，引起加熱器元件加熱。這熔化初始部分2030中的固體石蠟。在石蠟熔化時，或緊跟其后，開式閥2002上游的電化學泵已經(jīng)被啟動足夠多的時間，以在開式閥2002的上游引起壓力累積。該壓力引起驅動力以將熔化的固體石蠟從初始部分2030移動并向下游移動到俘獲部分2032中。一旦位于俘獲部分2032中，固體石蠟上方的通道2034被清空，允許通過開式閥進行流體連通。
[0336]在去除熱量后，固體石蠟在該新的位置固定，并且可靠地密封通道2004和通路2034。
[0337]通道2004將被關閉的部分相對于重力方向被故意選擇為水平的，因為這幫助將固體石蠟保持在俘獲部分2032中。
[0338]在一些應用中，特別是接近在PCR腔中使用的高溫的應用中，閥受益于采用高熔點石蠟。這在大于95°C的溫度處熔化并且因此在PCR條件下不熔化。在一些清空中，通過采用高熔點和低熔點混合，可以進一步改善閥性能；低熔點石蠟傾向于填充在較高熔點石蠟中形成的任何裂縫。
[0339]2)電化學泵
[0340]為了簡化盒的結構和成本，使用常用方法來將動力提供至盒上的各個操作；采用氣體提供動力的氣體射流驅動裝置，例如為電化學泵。每個電化學泵由浸入電解液中的一對電極構成。電流的流動導致廢氣產(chǎn)生。廢氣聚積在電化學泵的頂部中，壓力增加，并且經(jīng)由泵的頂部中的出口離開泵。這種廢氣推動它前面的、在通道和腔中遇到的氣體流體。該廢氣有助于在一些階段中混合的氣泡。
[0341]為了給出期望程度的泵送，電化學泵的容積可以變化。泵送程度可以在一次、兩次或更多次運轉中呈現(xiàn)，因為關斷電流停止泵送動作。
[0342]通過改變電解液的摩爾濃度，可以改變所呈現(xiàn)的泵送速率和/或壓力。氯化鈉是優(yōu)選的電解液；以IM使用；并且與鋁電極結合使用。
[0343]電泳部件
[0344]I)光學元件
[0345]在電泳步驟206中，在檢測位置628處，來自激光器800光被聚焦以入射在于DNA成分相關聯(lián)的熒光染料上，從而使得它是可檢測的。
[0346]不同的染料用于每種不同的DNA成分類型；類型通過與給定的位點相關聯(lián)。
[0347]為了獲得良好的敏感性，對入射光來說重要的是對檢測器來說具有足夠的強度，以接收足夠多的光，從而對發(fā)射的熒光敏感，但強度不要太高而引起染料的光致褪色。為了提供這種敏感性，使用接下來的布置；圖17。
[0348]光源是按照在熱沉902上的激光器900。激光器900是Cobolt Calypso激光器(來自 Cobolt AB, Kraftriken8, SE-10405, Stockholm, Sweden)，并在 50m W 的最大功率下以491nm進行發(fā)射。有激光器900發(fā)射的光輸送至光纖稱合器904 (來自Melles Griot,2051Palomar Airport Road,200, Carlsbad, CA92011, USA 的 09LFC001, f = 3.5mm)，并且因此發(fā)射到接線電纜組件(M3ILOI,來自Thorlabs, 435Route206North, Newton,New Jersey, 07860，USA)和光纖 906 (GIF625,直徑 62.5:m, NA = 0.275，來自 Thorlabs，435Route206North, Newton, New Jersey,07860, USA)中。
[0349]光纖906的使用是有益處的，因為它安全地控制激光方向，使得激光能夠容易地輸送至使用位置，并且使得能夠在整個系統(tǒng)中提供機械穩(wěn)定性。在光纖906的末端處，仍觀察到高達45.32mff的功率。
[0350]激光隨后在到達光斑鏡910之前通過準直器908 (F230FC-A，F(xiàn) = 4。5mm, NA =0.55,來自Thorlabs和具有銳利截止波長的記錄通過(1gpass)濾波器,EM濾波器(OmegaOptical XF3093，T50 = 515nm)。光斑鏡910既用來將激光引向毛細管的檢測位置628，又各向異性地和沒有濾波地將從它接收到的熒光傳遞至檢測器單元。它與激光束成45度角。為了實現(xiàn)這種角度，反射器910由傳輸從80以上到380nm的所有光的25mm的圓玻璃盤構成。在反射器910的中心處設置有沉積在那里的高度反射鏡面層(99.99%的反射率)構成的2mmX Imm寬的橢圓(從而呈現(xiàn)有效的Imm圓形鏡子)。
[0351]在到達檢測位置628之前，激光通過聚焦透鏡912。這可以為顯微鏡光學元件或其它這種可調(diào)焦透鏡。這種光學元件是有用的，因為它們不向光引入任何光學像差，對施加至檢測位置628的光束進行成形，并且不帶來光色的任何選擇性損失。到達檢測位置628的功率超過27.40mW。
[0352]熒光沿所有方向從毛細管616中的染料選擇性地散射。對于到達檢測器單元的熒光，該突光需要在玻璃部位之外的位置撞擊光斑鏡910。如果這樣做,則光傳輸?shù)綑z測器單元914中ο[0353]檢測器單元914包括位于分光計前方以獲得衍射受到限制的入射光的狹縫，分光計設置有衍射光柵和透鏡918(LA1608A平凸形，f = 50mm, D = 25mm，具有在350_650nm內(nèi)的抗反射涂層，由BK7玻璃支撐，Thorlabs公司)，以將光引向電荷耦合裝置916。(XD916具有分光鏡能力。
[0354]在可替換方法中，通過提供開放射束法來將來自激光器的光傳遞至通道，可以避免與光纖光學元件的穩(wěn)定性相關的某些問題。
[0355]在圖18的剖視透視圖中示出光學元件的可替換實施例。儀器殼體39-01提供用于光學元件的多種支架。由在激光器控制器39-05的控制下操作的激光頭39-03產(chǎn)生光。光進入光學元件39-07并在通道處被引入安裝在CE芯片加熱器板39-09中的未示出的CE芯片中。
[0356]返回光進入光學元件39-07并被向回引導至分光計39_11和CXD相機39_13。在CE芯片加熱器板39-09上方的是下文被進一步描述的芯片對準結構39-15。
[0357]在圖30A中的透視圖和圖30B中高得分解圖中描繪了光學元件組件的可替換實施例。光學元件疊層包括設置在聚焦臺1168上方的物鏡1166。聚焦臺1168安裝在用于圍繞z軸進行調(diào)整的Z傳送器1170。Z傳送器1170經(jīng)由桿1174安裝在光學元件管1172上。光學元件管1172又安裝在用于圍繞X和y軸進行調(diào)整的χ-y對準裝置1176。裂縫殼體1178設置在光學元件疊層的底部處。
[0358]包括激光源的激光頭組件1180通過支架1182和螺釘1184安裝在光學元件疊層上。CXD分光計組件1186安裝在光學元件疊層下面。CXD安裝支架1188通過螺釘1190固定至CXD分光計組件。還設置光學元件安裝支架1192并其由螺釘1194固定。
[0359]聚焦臺1168包括壓電致動器。在使用中，壓電致動器被調(diào)整以聚焦激光。
[0360]2)電泳環(huán)境控制
[0361]為了在電泳步驟206中獲得必要的分辨率，毛細管616及其內(nèi)容物的溫度需要被仔細地控制在最佳溫度處。在本實施例中，電泳盒部分與導熱部件接觸，一系列電阻加熱器設置在該部件的相反側上。這些電阻加熱器設置有控制器并能夠將電泳盒部分的溫度維持在最佳溫度+/-0.3°C。
[0362]此外，電泳盒部分設置在其中的腔被恒溫地控制在最佳溫度處。僅仍然降低使用之前、之間和之后的其它溫度變化。
[0363]CE芯片加熱床和圍繞它的凸起表面的使用在控制CE芯片內(nèi)的溫度方面是有益的。如此形成的溫床確保一定的定位和良好的接觸。
[0364]磁體臺機械機構
[0365]如上所述，一些實施例包括用于相對于樣品盒移動磁體以允許控制由樣品盒的一部分經(jīng)歷的磁場的機械機構。該磁場與設置在樣品盒中的磁珠接合使用。
[0366]圖31A圖示在本發(fā)明的一種實施例中使用的示例性磁體臺的透視圖，圖31B為分解圖。
[0367]稀土磁體1196具有四邊近似為13mm(0.5英寸)的立方體形狀。這由夾具1200和螺釘1202夾緊至托架1198。托架1198包括位于其下側上的縱向凹部，縱向凹部接合軌道1204以將托架1198(且因此磁體1196)的運動限制到單個方向。軌道1204設置在安裝支架1206上。[0368]為了移動稀土磁體，高轉矩伺服電動機1208通過螺釘1210固定至安裝支架。高轉矩致動器將旋轉運動提供至伺服電動機臂1212。通過由連桿構件1214以及銷釘連接器1216和1218約束軌道1204的動作，將伺服電動機臂的旋轉運動轉換成磁體1196的線性運動。
[0369]在使用中，高轉矩伺服電動機1208被控制以沿z方向(沿著軌道1204的線)改變磁體的位置。沿垂直于軌道的方向的X和y方向的調(diào)整在制造和組裝期間通過機械調(diào)整實現(xiàn)。
[0370]電子系統(tǒng)概述
[0371]圖19圖示本發(fā)明中使用的各種電學和電子子系統(tǒng)和它們之間的連接的圖形表示。主板1000用作主機PC1002和下文描述的各種子系統(tǒng)中的一些之間的通信中心。主機PC1002假設設置的操作的整體控制如上所述執(zhí)行樣品盒中的樣品的分析。它經(jīng)由各個RS-232串行接口與主板1000、條形碼讀出器1004和激光器1006連接，并經(jīng)由各個USB串行接口與工作臺伺服電動機1008和(XD1010連接。也可以使用可替換的數(shù)據(jù)接口?？梢杂蒖FID讀出器(未示出)代替或補充條形碼讀出器1004。
[0372]主板(MB) 1000直接連接至光條1012、用于裝載樣品盒的伺服電動機1014、用于控制磁體的位置的磁體伺服電動機1016和用戶啟動按鈕1017。RS-485總線1019延遲主板1000與高壓電源和加熱器控制(HV)板1018、樣品制備(SP)板1020、焦距控制(FC)板1022和珀耳帖裝置控制器(TC) 1025之間的指令和數(shù)據(jù)。
[0373]蓋開關1024同時為主板1000、高壓電源和加熱器控制板1018和激光器1006提供
直接輸入，以檢測設備的蓋打開的時間并使安全聯(lián)鎖裝置運行?？商鎿Q地，可以設置單獨的蓋開關。
[0374]高壓電源和加熱器控制板1018提供CE分析階段以及控制在CE階段期間使用的電阻加熱器所需要的高電壓。為了提供這種功能，它連接至用于監(jiān)測CE加熱器1028的溫度的四個熱敏電阻器1026，它還連接至CE加熱器1028。為了在CE芯片的各個點處提供所需要的高電壓，電極輸出端1030(在圖19中被圖示為一個元件)提供三種輸出，每種輸出可以被獨立地設置為浮動、接地或規(guī)定電壓。還設置第四個電極輸出端1032，其總是連接至接地。
[0375]樣品制備板1020控制樣品分析的樣品制備階段所有方面，如上所述。為此目的，它包括用于觸發(fā)通過條形碼讀出器1004對條形碼(在可替換實施例中為RFID或其它標識符)的讀取的信號線1034。它包括用于多個開式閥1036和隔斷閥1038加熱器，用于打開和關閉閥，以在樣品盒中的各個樣品制備臺之間移動樣品。還設置延遲輸出端1040。為了控制PCR期間的溫度，熱敏電阻輸入端1042監(jiān)測溫度，并且腔加熱器1044被控制為實現(xiàn)預期溫度。
[0376]焦距控制板1022控制CE分析階段中使用的激光器1006的聚焦。它連接至光學系統(tǒng)的物鏡1046以調(diào)整聚焦。
[0377]珀耳帖裝置控制板1025基于由熱敏電阻器1052，1054測量的溫度控制珀耳帖裝置 1048，1050。
[0378]在本概述討論中，雖然涉及熱敏電阻器，但在可替換實施例可以使用任何合適的溫度傳感器。同樣，主機PC可以為具有任何合適的操作系統(tǒng)的任何合適的計算機系統(tǒng)。雖然各個部件分成子系統(tǒng)，但在可替換實施例中這些子系統(tǒng)可以集成為少數(shù)子系統(tǒng)或分成更多的子系統(tǒng)。
[0379]現(xiàn)在將描述這些部件中的每一個的操作和它們的結構的新穎方面。
[0380]主板
[0381]本部分描述主板(MB) 1000的操作和功能特征。MB1000監(jiān)控用戶啟動按鈕1017。當檢測到用戶啟動按鈕1017的按鈕按壓時，MB1000經(jīng)由鏈接1057啟動系統(tǒng)電源1011，并在短的延遲時候，通過施加電壓至鏈接1056，隨后釋放它，維持至主機PC1002的啟動按鈕輸入。在預定延遲之后，例如5秒，檢查線1058上的_PC_0N信號。如果來自主機PC1002的_PC_0N輸出1058不活動，則MB1000再次維持鏈接1056上的PC啟動信號。當_PC_0N信號1058活動時，MB1000釋放P/S使能信號，它在鏈接1057上產(chǎn)生。這是因為主機PC隨后維持P/S使能信號(未示出)，保持電源1011接通。
[0382]如果由MB1000檢測到另一個用戶啟動按鈕1017按壓，則將它發(fā)送至主機PC1012，因此它開始它的停機。當停機完成時，主機PC1002釋放P/S使能信號，允許系統(tǒng)電源1011關閉。在該狀態(tài)中，僅+5VSB電源仍向MB1000和主機PC1002的一部分供電。
[0383]主機PC1002維持四個板復位信號以復位MB1000、HV1018、SP1020、和TC1025板，隨后全部釋放它們，允許所述板啟動。(這些信號線在圖19中未示出)。
[0384]當檢測到蓋開關1024打開時，左右CE芯片伺服電動機打開，并且珀耳帖裝置夾具一起打開，隨后壓力板打開。這些伺服電動機移動至它們的打開位置，這些打開位置之前存儲至MB1000，在閃速存儲器中。當蓋關閉時，MB1000關閉壓力板，隨后一起關閉珀耳帖裝置和CE芯片伺服電動機。關閉位置也存儲在MB1002閃速存儲器中。不需要主機PC1002繼續(xù)任何動作，雖然它可以經(jīng)由MB1000詢問伺服電動機的狀態(tài)，并命令它們至任何位置。所有這些動作是采用伺服電動機輸出1014執(zhí)行的。
[0385]當伺服電動機由MB1000命令移動時，它們在一秒內(nèi)接收控制脈沖。這允許它們有足夠的時間到達它們的目標位置。在該時間之后，停用控制脈沖，并且伺服電動機電源關閉，防止損壞伺服電動機。在此期間可以將伺服電動機物理地推動至不同的位置。
[0386]磁體伺服電動機1016現(xiàn)在由MB1000控制。與其它伺服電動機一樣，它具有預定的打開和關閉位置，這些打開和關閉位置在MB1000上存儲在閃速存儲器中。與其它伺服電動機一樣，主機PC1002可以詢問并命令磁體伺服電動機。
[0387]光條1012是在設備前方的、用于指示分析進展的、用戶可見的三段"線條"。每一段可以以藍色或白色穩(wěn)定地或閃爍地亮起。"交替"模式也可以用在該段在藍色和白色之間切換的情況中。單個紅色段可以用來指示激光器的狀態(tài)，并且可以接通、斷開或閃爍。這些光條狀態(tài)中的每一個由主機PC經(jīng)由MB1000控制。
[0388]MB1000還負責在RS-485總線1019上延遲主機PC1002和其它電路板之間的指令和數(shù)據(jù)。來自主機PC1002的在RS-232上至連接至RS-485總線1019的任何電路板的指令與電路板一起加有兩個代碼("MB"，" SP"，" HV"，" TC"，或"FC")的前綴。當MB1000在總線上接收用于電路板的指令/詢問時，原始前綴(兩個字母和空間)由單字節(jié)電路板地址代替，并且在RS-485總線1019上發(fā)送包。送往MB1000的指令被本地處理而不是被傳送。
[0389]在RS-485總線1019上返回的響應由MB1000接收，帶有響應的電路板的單字節(jié)地址。地址字節(jié)由合適的前綴和空間代替，隨后通過RS-232被轉送至主機PC1002。
[0390]在正常操作中，僅MB1000可以在RS-485總線1019自發(fā)地傳輸。所有其它傳輸是來自所選擇的電路板的響應。
[0391]MB1000被設計為以便可以容易地將新的裝置添加至系統(tǒng)。需要對MB進行小的改變以添加新的電路板地址和前綴，并且新的裝置連接至RS-485總線1019。FC電路板1022是這樣的示例。
[0392]可以通過將第二 MB連接至總線監(jiān)測RS-485總線1019上的總線通信，以將通信記錄在另一個計算機系統(tǒng)上，用于調(diào)試目的(未示出)。
[0393]樣品制備板
[0394]圖20圖示樣品制備(SP)板1020的物理布置。該板控制樣品制備和PCR分析階段。SP板1020的物理結構是重要的，因為該板上的特征與樣品制備盒上的特征接合。SP板1020上的特征與樣品盒的結構對準。SP板1020限定兩個圓形開口 1060，這兩個圓形開口1060接合形成在樣品盒上的凸起以將盒與PCB精確對對準，從而確保設置在樣品盒中的閥和泵與SP板1020的正確連接。SP板1020還限定大致十字形開口 1062。開口 1062對應于樣品盒上的PCR腔，并被設置為允許珀耳帖裝置組件接觸腔。矩形開口 1064也由SP板1020限定。這允許由條形碼讀出器1004讀取樣品盒上的條形碼。
[0395]如圖19上的總圖中所示，SP板1020包括開式閥輸出端1036。這些開式閥輸出端的物理布置在圖20上由前綴OV(OVl-OVH)指示。SP板1020還包括在圖19中在總圖中被示出1038的隔斷閥輸出端。這些隔斷閥輸出端的物理布置在圖20中由前綴CV(CV1-CV18)指示。SP板上的開式閥輸出端和隔斷閥輸出端操作設置在樣品盒上的溫度受控閥。如圖20所示，開式閥輸出端和隔斷閥輸出端0V1-0V14，CV1-CV18由標準的，商業(yè)上可用的2512個表面安裝電阻器實現(xiàn)。這些額定高達155度。2152個表面安裝電阻器是優(yōu)選的，因為它們呈現(xiàn)平坦表面以給出與盒的良好接觸。它們還提供完全可重復的溫度結果。
[0396]開式閥輸出端和隔斷閥輸出端0V1-0V14，CV1-CV14具有根據(jù)樣品盒中的對應的閥選擇的結構。例如，如在圖20中可以看到，開式閥0V1-0V14通常需要比隔斷閥CV1-CV14小的被加熱區(qū)域，因此開式閥輸出端0V1-0V14在SP板1020占據(jù)的區(qū)域小于隔斷閥輸出端CV1-CV18。例如，開式閥輸出端包括一個電阻器。典型的隔斷閥輸出端包括三個電阻器。
[0397]在使用中，可以在已知的預定時間內(nèi)供給預定的電壓/電流來加熱表面安裝式電阻器至閥中的石蠟熔化和操作閥所需要的溫度，例如，至120°C。該溫度通過測試確定，這采用合適的加熱器電壓提供合適的電阻器值，以在電阻器元件中提供設定溫度響應。任選地，溫度開關還可以用在每個電阻加熱器的后面。溫度開關在商業(yè)上是可用的并具有內(nèi)置溫度檢測裝置。溫度開關可以被設置用于任何合適的溫度，例如120°C，并且，當啟動時，將電阻加熱器控制到120°C。
[0398]來自SP板1020的其它輸出端包括用于將電力供給至電化學泵的電極，在圖20中以前綴EP示出(EP1-EP4)。電化學泵由SP板1020內(nèi)的微控制器控制。微控制器接通SP板上的晶體管，優(yōu)選地FETs，以施加必要的電壓來啟動盒上的泵。電極EP1-EP4優(yōu)選地為彈簧針以提供良好的電連接。
[0399]設置兩個溫度受控腔加熱器輸出端1044(圖20中的C4和變性)。與開式閥輸出端0V1-0V14和隔斷閥輸出端CV1-CV18 —樣，這些溫度受控腔加熱器輸出端由表面安裝電阻器試樣。然而，由于這些溫度受控腔加熱器輸出端加熱樣品盒中的樣品腔，因此需要更精確的溫度控制。
[0400]圖21為圖20中的加熱器C4的結構的放大圖形表示。加熱器C4包括9個表面安裝電阻器R242-R250的陣列。凹槽1066形成在印刷電路板的材料中，在與加熱器C4相同的位置。凹槽1066優(yōu)選地約Imm深和約IOmm長。熱敏電阻器位于凹槽1066中并在底部被焊接至兩個焊盤1068。熱敏電阻器提供控制所需的反饋。9個電阻器R242-R250被銀焊料焊接在它們的位置中，它們與凹槽1066中的熱敏電阻器電隔離。銀焊料是優(yōu)選的，因為它具有比其它焊料高的熔點。電阻器優(yōu)選地被焊接得盡可能靠近在一起，以減小它們之間的將不被加熱的任何間隙。左右側的接線端1070提供電壓和接地路徑以向電阻器供電并控制加熱器的溫度。
[0401]圖22圖示用于圖21的加熱器C4的控制器的高層框圖。這種布置可以用在需要溫度的反饋控制的任何情況中。通過由晶體管1072將脈寬調(diào)制信號施加到接線端1070之間，控制腔溫度。晶體管1072由控制器1074，控制器1074具有來自讀取熱敏電阻器1078的值的ADC1076的輸入。
[0402]在使用中，來自熱敏電阻器的溫度(其為電阻器1080的溫度的測量值)反饋至控制器1074，控制器1074將該值與預期溫度進行比較。微控制器采用PID控制裝置控制溫度。為了增加溫度，PWM的寬度被加寬并且占空比增加。為了降低溫度，脈沖變窄并且占空比減小。
[0403]珀耳帖裝置控制器板
[0404]珀耳帖裝置控制器(TC)板1025本質(zhì)上是用于珀耳帖裝置組件的獨立控制器。它同時管理兩個組。商業(yè)上可用的控制器僅控制一個珀耳帖裝置，并且為與該板近似相同的尺寸(用于一個珀耳帖裝置控制)。TC板1025由來自系統(tǒng)電源1011的12V輸入供電，但驅動珀耳帖裝置(每個在8A時需要2.3V)所需要的電源單獨地設置在TC板1025本身上。價格控制電路和大電流需求中存在損失，則該電源提供具有可用的30安培的3.2V輸出。
[0405]使用珀耳帖裝置，因為根據(jù)它們的輸入端的極性，它們可以用作加熱器和冷卻器二者。照這樣，TC板1025需要切換至珀耳帖裝置的電壓輸出的極性的能力。這是采用如本領域已知的的各個H-電橋電路實現(xiàn)的。這些裝置在設置在TC板1025上的控制器的控制下可以根據(jù)需要切換高低輸出。
[0406]除了 H-電橋電路，以與如上參照圖22描述的相同的基本方式控制每個珀耳帖裝置的溫度。每個通道使用四個(每個方向兩個)大功率晶體管(優(yōu)選地FET)，以將脈沖PWM功率輸出供給至珀耳帖裝置。嵌入每個珀耳帖裝置的頂部上的銅散熱器中的熱敏電阻器被連接，用于反饋以關閉控制回路。
[0407]高壓電源和加熱器控制板
[0408]高壓電源和加熱器控制(HV)板1018連接至RS-485總線1019用于通信，并直接從主機PC1002接收復位信號。
[0409]HV板1018支撐用于監(jiān)測CE芯片加熱器1028的溫度的四個熱敏電阻器1026。其它實施例尅支撐更少或更多的熱敏電阻器。通過采用脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)制功率輸入，控制CE芯片加熱器1028。HV板1018還包括輸出端1030，輸出端1030用于在三個接線端上產(chǎn)生高達5kV (在一些實施例中為4kV)的電壓，或者將這三個接線端中的任一個/全部接地，或者允許這三個接線端中的任一個/全部浮接(從所有的電路斷開)。為了操作者安全，蓋開關1024提供聯(lián)鎖裝置，其在蓋打開時停用所有高壓源和浮接所有輸出接線端1030。
[0410]四個熱敏電阻器1024用于在沿著加熱器表面的多個點處監(jiān)測CE芯片溫度。為了簡化控制，實際上僅一個熱敏電阻器用作至溫度控制功能(在下文被更詳細地討論)的輸入端。所有四個熱敏電阻器輸入1024被測量和記錄。當前溫度可以由主機PC1002在任何時間請求。
[0411]溫度的測量需要80ms，以在可以讀出結果之前可以完成轉換。下文更詳細描述溫度測量。通過優(yōu)選地約I秒一次測量溫度，可以實現(xiàn)精確控制，雖然根據(jù)需要，可以更頻繁地測量溫度。
[0412]如上所述，一個熱敏電阻器1024的當前溫度用來作為至溫度控制器的輸入。溫度控制器(未示出)設置在HV板1018上。它確定在PWM信號中使用的占空比接通時間)。優(yōu)選地，溫度控制器I秒一次確定占空比，并且它保持恒定直到它接下來被更新，這在下文被更詳細地描述。
[0413]電極1032或者通過繼電器接地，或者被允許浮接(高壓繼電器打開)。電極1030也可以接地或被允許浮接，但它們也可以在高達100 μ A的電流下輸出高達5kV的電壓，優(yōu)選地在高達50 μ A的電流下輸出高達4kV的電壓。
[0414]HV板1018包括用于提供必要的電壓和功率用于它的操作的3V16A電源。三個高壓電源板安裝在該HV板上以在電極1030處提供在CE分析階段期間使用所需要的電壓。這些電源中的每一個可以在50 μ A處將高達4000V的電壓提供至電極1030。HV板管理這三個電源，包括電壓和電流監(jiān)控。它還控制CE芯片加熱器1028的溫度。
[0415]板上RAM設置在HV板1018上以根據(jù)需要存儲三個電極1030的電壓和電流值，以及來自CE芯片加熱器的經(jīng)由熱敏電阻器1026獲得的高達四個溫度測量值。
[0416]三個HV電源采用來自EMCO的商業(yè)上可用的功率轉換器(優(yōu)選地EMCO Q系列(Q40-5)，雖然也可以使用其它功率轉換器)，其獲得0-5V輸入并將它轉換成O?4000V。在固件控制下的控制、輸出和反饋電路提供線性輸出以驅動CE過程。電壓和電流監(jiān)測電路設置在HV板1018上。針對每個單獨的HVPS模塊校準固件以提供最高的可能輸出和反饋特性。
[0417]以圖形形式在圖32中圖示HV電源的結構和它們至CE芯片的連接。圖32圖示了三個HV電源1220a, 1220b, 1220c。(在圖32中比第二和第三HV電源1220b, 1220c更詳細地示出第一 HV電源1220a的結果。第二和第三HV電源1220b，1220c的結構與第一 HV電源1220a相同)。三個HV電源1220a，1220b，1220c的輸出端連接至CE芯片1222。在CE芯片內(nèi)，每個HV電源1220a，1220b, 1220c連接在一起并連接至公共接地1224。每個HV電源的額定值優(yōu)選地是相同的，例如4000V或3000V，以確保對低額定電源不存在損壞的危險。
[0418]每個HV電源具有各個的由對應的12位DAC1226a，1226b，1226c產(chǎn)生的控制輸入Veaa, Veab, V控制。。通過緩存器1230向所有的12位DAC1226a，1226b，1226c饋送相同精度的參考電壓1228，用于一致性。精度參考電壓1228產(chǎn)生4.096V參考值，雖然也可以采用其它值。
[0419]如為第一 HV電源1220a描述的那樣，每個電源包括高壓源1232。這個高壓源由預期電壓Veaa和經(jīng)由由電阻器1106和1108形成的分壓器輸出的電壓的反饋控制。[0420]電阻器1106和1108形成用于測量電壓的分壓器。電阻器1234使得能夠測量電流。以下參照圖25描述這些電阻器用于測量電流和電壓的操作。這些電阻器使得低壓部件能夠用在高壓環(huán)境，通過由電阻器1106，1108形成的分壓器和電流檢測電阻器1234保護。
[0421]如在圖32中圖示的HV電源1220a，1220b, 1220c的結構，使得它們能夠比現(xiàn)有技術更加緊湊，例如50X27X 18mm。與現(xiàn)有技術不同，不需要反向保護二極管。
[0422]CE加熱器物理結構
[0423]與由表面安裝電阻器形成的其它加熱器部件不同，CE加熱器1028由多層PCB形成，PCB上的跡線提供加熱。CE加熱器必須在相對大的區(qū)域上提供盡可能均勻的溫度，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這可以由從PCB形成的加熱器提供。在圖23中圖示PCB的加熱層的物理布局。
[0424]在圖23中圖示PCB的內(nèi)層。它包含被構造從一端到另一端提供均勻的加熱的跡線1082，1084。這種通過使跡線在表面區(qū)域上成波紋狀實現(xiàn)的。如在圖23中可以看到，在PCB的中心部分中，跡線被構造為具有波紋狀路徑，使得波紋的波峰和波谷彼此嵌套。在PCB的其它部分中，跡線被構造為波紋，其中相鄰波紋的波峰和波谷彼此相對，使得波峰鄰近波谷，反之亦然。這種結構已經(jīng)被確定為給予接近均勻的加熱。可替換實施例中其它結構是可行的。
[0425]在圖23中圖示的內(nèi)層的上方，固體銅層形成為用作散熱器。PCB的頂層沒有導電元件，為用戶提供保護。
[0426]CE加熱器1028限定有開口 1086。開口 1086是檢測區(qū)域，允許激光器1006照亮芯片毛細管并且由(XD1010檢測結果。
[0427]在板的中間，凹槽1088被切入頂層中。熱敏電阻器被放置在該凹槽中并連接至溫度控制器，用于反饋?？刂齐娐房梢耘c上文參照圖22描述的控制電路相同，或者如下文將更加詳細地描述的那樣。
[0428]控制方法和操作的概述
[0429]在分析期間，儀器控制各種協(xié)議以處理和分析樣品盒中的樣品并產(chǎn)生所需要的結果。閥調(diào)節(jié)、泵送、溫度循環(huán)、激光、C⑶和毛細管電泳都由儀器控制。
[0430]由經(jīng)由串行通信與主板1000直接連接的主機PC1002運行系統(tǒng)。主板1000隨后將指令和響應分配至系統(tǒng)電路板的剩余部分并將它們反饋至主機PC1002，用于控制和分析。主機PC1002還控制激光器1006以根據(jù)需要打開和關閉它并監(jiān)測它的狀態(tài)，并控制(XD1010以根據(jù)需要收集數(shù)據(jù)。
[0431]在樣品制備過程中，需要將磁珠懸浮在溶液中并保持它們避免在各種循環(huán)被沖洗掉。這是采用稀土磁體實現(xiàn)的。磁體由處于固件的直接控制下的磁體伺服電動機1016根據(jù)主機PC1002的指令控制。磁體位置可以被控制為產(chǎn)生必要的強磁場，以在需要時保持磁珠，并且隨后自動去除磁場以在合適時間處釋放磁珠。
[0432]雖然機械特征大致將CE芯片與激光器和光學系統(tǒng)對準，但小直徑的激光束意味著進行一些調(diào)整以對準和聚焦激光在CE芯片毛細管上是優(yōu)選的。提供自動化過程，其將CE芯片毛細管定位在CXD檢測器1010上并聚焦光學元件。CE芯片位于由連接在計算機的精細伺服電動機沿Y方向控制的工作臺上。光學元件疊層包括將調(diào)整光學元件的焦距的壓電受控機構。采用CXD的輸出，調(diào)諧這種兩種調(diào)整，用于CXD上的峰值輸出，用于通路發(fā)現(xiàn)和聚焦，而沒有用戶的干預。[0433]另一個自動功能是系統(tǒng)中內(nèi)置的各種移動機構的控制。存在具有根據(jù)需要施加高壓至CE芯片的電極觸點的兩個臂(從來自HV板1018的電極1032供電)。為了將芯片插入系統(tǒng)中，這些臂需要不擋道。此外，盒在該布置安裝在系統(tǒng)中時需要空隙，但在它運行以獲得適合閥控制的熱傳遞和適合泵控制的良好電極接觸時必須被壓靠在樣品制備板上。PCR腔還需要具有被緊密地夾緊在兩側上以提供良好的熱接口的珀耳帖裝置。所有這種運動由儀器自動控制。當將盒(包括CE芯片)插入單元并且門關閉時，控制伺服電動機以合適的順序關閉，以將臂定位在芯片上，將盒壓靠在樣品制備板上，并將珀耳帖裝置閉合在PCR腔上。
[0434]在主機PC1002上運行的軟件控制用戶訪問。它可以根據(jù)用戶的技能水平以"專家"和"標準"模式運行。"專家"用戶可以方位各個部件用于根據(jù)需要進行維護和故障檢修。"標準"用戶方位可以單獨地運行或與用于自動運行整個分析順序的"一鍵式"方法一起運行的標準過程。
[0435]在整個分析順序的自動運行中，系統(tǒng)將從開始運行到結束。由主機PC1002的監(jiān)視器上的顯示并經(jīng)由LED指示器(如光條1012)向用戶通知進展，以顯示進程或在需要時向用戶報警。所有需要的數(shù)據(jù)被自動存儲，用于稍后的評估，并與樣品盒的由條形碼讀出器1004或諸如RFID之類的其它裝置讀取的標識號相關聯(lián)。
[0436]主機PC1002在每次分析運行期間收集大量數(shù)據(jù)。該過程的所有方面被監(jiān)控，并且形成文件以存儲運行參數(shù)。存儲的數(shù)據(jù)包括用戶和時間以及被測試的樣品的標識符、來自PCR過程的顯示從開始到結束的整個順序的讀數(shù)、用于CR過程中的每個步驟的電壓和溫度設置、來自電壓、電流和四個溫度傳感器的在整個測試內(nèi)獲得的讀數(shù)，以及由CCD從CE過程獲得的原始數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)被存儲并且在用戶請求時用于復查。數(shù)據(jù)復查可以顯示整個PCR熱循環(huán)，在CE階段的每一秒處的電壓、電流和溫度條件、以及由CCD捕獲的所有圖像與時間相關的圖表。
[0437]用于CE過程的電壓控制
[0438]HV板1018經(jīng)由電極1030控制三個HV電源的輸出，使得它們大致同時都達到預期值?，F(xiàn)在將參照圖24的流程圖描述這種方法；同一方法用于每個電極。在預定時間內(nèi)改變電壓；為每個電極使用相同的預定時間是指它們大致同時都達到新的值。
[0439]該方法在1090處開始，其中用于一個電極上的電壓輸出中的變化的參數(shù)被設定。如圖24所示，在200ms斜階躍時間內(nèi)需要從1000V的開始值到2500V的結束值的變化。當前電壓值被初始化至開始值，并且步進計數(shù)被初始化為零。
[0440]運行進展至1092，其中通過將斜階躍時間除以階躍時間，計算達到結束值的步進數(shù)量。階躍時間優(yōu)選地2ms為，假設轉變需要100步。所花費的步進數(shù)量取決于1090中的用戶配置的斜階躍時間設置，并且范圍可以為從20ms至5000ms,默認至200ms。
[0441]接下來，在1094中，通過開始電壓和結束電壓之間的差異以及在1092中計算的步進數(shù)量確定步進電壓。在該示例中，步進電壓為15V。用于每個通道的步進電壓被轉換成二進制數(shù)據(jù)，用于供給至HV電源中的DAC。DAC又輸出用于控制高壓轉換器的模擬電壓。該轉換簡單地應用I = mx+b，其中m是轉換增益，b是轉換偏差。M和b都是在制造位置處校準板時確定的。
[0442]對于每次階躍，在1096中，通過將步進電壓添加至當前電壓，計算接下來的電壓。[0443]運行隨后在1098處暫停，等待2ms標志變?yōu)樵O定值。當它變?yōu)樵O定值時，運行延續(xù)至1100，并且隨后清除2ms標志。將接下來的電壓輸出至硬件，將當前電壓設置為下一個電壓，并且步進計數(shù)器遞增。
[0444]在1102處，進行步進計數(shù)器是否等于從1092所需要的步進數(shù)量的檢查，如果是，則運行在1104處終止。如果不是，則運行返回至1096，隨后計算新的步進電壓，并且回路重復。當已經(jīng)完成所有的斜階躍時，輸出將處于控制電壓處，并且斜階躍完成。
[0445]這種方法允許控制任意數(shù)量的HV電源，以便大致同時都達到預期電壓。
[0446]用于CE過程的電壓和電流測量
[0447]HV板1018還能夠測量每個高壓電極1030(電極1032未被監(jiān)測)處的電壓和電流。這可以驗證它們在CE過程中處于所要求的電壓處。
[0448]圖25中的電路用來對每個通道中的電壓和電流進行采樣。電壓和電流采樣被濾波，并且在將信號呈現(xiàn)成ADC用于轉換之前，施加一定的偏移和增益。由圖25中的電阻器提供的緩存是需要的，以將信號的高源阻抗降低至ADC所需要的低阻抗，并且將信號保持在ADC的轉換范圍內(nèi)。
[0449]測量電流還需要制造負載電壓，因此總是一起執(zhí)行電壓和電流測量。優(yōu)選的是同時執(zhí)行針對所有通道的電壓和電流測量。
[0450]電壓由從輸出到接地的由電阻器1106和1106形成的電阻分壓器測量。采樣電壓被濾波且隨后被施加至ADC用于轉換。
[0451]與設置輸出電壓一樣，測量輸出電壓是采用公式y(tǒng) = mx+b從ADC結果轉換成電壓。在板校準期間通過將如由外部計量器測量的輸出電壓和板報告的輸出電壓進行比較，確定增益(m)和偏移(b)。例如，可以在多個電壓處收集該數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)標示于圖表上。根據(jù)該圖表確定帶有其方程式的線性趨勢線。來自該趨勢線的方程式的增益和偏移用作校準常數(shù)m和b。
[0452]確定負載電流有時是更困難的，因為將被測量的電流是HV源最大電流的相當大的部分，并且在幅度上可以由在電阻分壓器中流動的電流超過。
[0453]HV電源優(yōu)選地能夠在5000V處輸出高達100 μ A的電流。在5000V處，具有IOOMOhm和IOOkOhm的值的電阻分壓器僅吸取50 μ A的電流以測量電壓。幸運的是，在正常操作中，將被測量的電流通常小于20 μ A。
[0454]通過測量HV源返回支路中的總電流，隨后減去分壓器中流動的電流，進行通道電流的測量。剩余的電流是負載電流。
[0455]能夠測量負載電流還需要知道負載電壓，因此電壓測量總是在電流測量之前。
[0456]在進行電壓測量之后，測量總通道電流。從轉換結果中減去偏移以去除在該電路中引入的偏移。測量的電壓乘以常數(shù)Ml并被從轉換結果中減去。這去除分壓器電流。剩余的測量值乘以M2，并被報告為負載電流。
[0457]溫度測量
[0458]如上所述，需要溫度測量，用于在樣品分析和處理的多個階段中控制加熱器。在上述多種結構中，熱敏電阻器用來測量溫度。雖然可以采用常規(guī)技術測量熱敏電阻器的電阻以給出溫度的指示，但希望使用更精確的溫度測量。
[0459]在26中圖示示例性溫度測量電路的結構。該結構可以應用于CE芯片加熱器1028(在不同的位置高達四個單獨的測量)、珀耳帖裝置控制器(經(jīng)由熱敏電阻器輸入1052和1054進行高達兩個單獨的測量)和SP板(經(jīng)由用于采用反饋控制控制的加熱器的熱敏電阻器輸入1042進行高達兩個單獨的測量)上的溫度測量中的一個或多個。
[0460]如圖26所示，MP-2444熱敏電阻器1110用作溫度傳感器。MP-2444由于它的小的尺寸和部件之間的一致性而是優(yōu)選的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，MP-2444熱敏電阻器可以由另一種代替，對測量結果沒有明顯的影響。也可以使用可替換的熱敏電阻器。
[0461]熱敏電阻器1110跨接設置在PCB上的接線端1112(在圖19中被指示為1026，1042，1052和1054)。該電路的剩余部分設置在PCB。接線端1112將熱敏電阻器與橋接電路的一個臂中的第一電阻器1114并聯(lián)連接。第二電阻器1116、第三電阻器1118和第四電阻器1120形成該電橋的剩余部件。第一和第二電阻器1114,1116串聯(lián)連接以形成該電橋的第一臂，第三和第四電阻器1118,1120串聯(lián)連接以形成該電橋的第二臂，第二臂與該電橋的第一臂并聯(lián)連接。第一電阻器1114具有值12.1KOhm，第二和第四電阻器具有47k0hm的值，第三電阻器具有15k0hm的值。0.1%公差電阻器的使用是優(yōu)選的，從而不需要由于電阻器制造變化而校準每個單獨的電橋。
[0462]差分ADC1122跨接該電橋。該ADC為22位δ-σ差分轉換器，例如商業(yè)上可獲得的微芯片部件MCP3551單通道22位δ-σ轉換器。δ - σ轉換器是優(yōu)選的，因為它對電噪聲具有高的免疫力。需要差分輸入，因為測量跨過電橋。
[0463]電壓源1124將功率提供至該電橋并且還用作用于比率計測量的ADC轉換參考。優(yōu)選地，使用精度2.5V參考，例如商業(yè)上可用的微芯片部件MCP15252.5V電壓參考，但在替換中可以使用任何低噪聲電壓參考。
[0464]2.5V電壓源1124和該電橋中的部件的選擇被選擇為將熱敏電阻器內(nèi)的功率耗散保持到足夠低的水平，以便不影響溫度測量結果。優(yōu)選地，熱敏電阻器中的功率耗散小于7 μ W。
[0465]固件
[0466]在使用中，當需要溫度測量時，相應PCB上的控制器通過將信號線(/CSn)脈沖調(diào)制為低觸發(fā)轉換的開始。為每個單獨的溫度傳感器電路設置信號線。
[0467]約80ms以后，轉換完成，并且結果準備被讀出?？刂破麟S后拉低信號線，并記錄來自ADC1122的32位數(shù)據(jù)。從此開始，提取包含所需要的數(shù)據(jù)的14個最高有效位。
[0468]14位數(shù)據(jù)隨后由控制器處理以將原始數(shù)值轉換成溫度。這種轉換是根據(jù)經(jīng)驗確定的，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)6階是合適的，雖然也可以使用更高階或更低階二項式。對于圖26中的部件，二項式被確定為:y = 7.0007732Ε-23χ6-1.0757374Ε-18χ5_3.5630874Ε_14χ4+1.1479772Ε-09χ3-1.2597522Ε-05χ2+6.9533980Ε-02χ-1.4784255Ε+02，其中 χ 是 14 位數(shù)據(jù)，y 是以攝氏度表示的溫度。轉換結果在圖27中示出。這在-20°C至+100°C的范圍內(nèi)允許0.02°C (最小值)的溫度分辨率，并且可以返回超過110°C的有用結果。對于高于30°C的溫度，測量誤差小于±0。5% (在圖28中圖示測量誤差與溫度之間的關系曲線)。
[0469]溫度控制方法
[0470]反饋控制方法用來在樣品制備和分析中的各個階段控制加熱器的溫度?？梢圆捎蒙鲜鰷囟葌鞲衅麟娐窚y量溫度。I秒測量一次實際溫度。這被反饋到控制回路中并用來計算更新的PWM(脈寬調(diào)制)值。隨后使用該PWM值，直到下一次溫度測量。如上所述，實際溫度測量需要約80ms。隨后可以在小于Ims內(nèi)執(zhí)行下述控制回路。PWM通過改變占空比(輸出接通以向加熱元件施加功率的時間周期)有效地以線性輸出控制施加至加熱元件(其可以為珀耳帖裝置或電阻加熱器)的功率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)約2.4kHz的PWM切換頻率是優(yōu)選的，雖然也可以采用其它切換頻率。
[0471]現(xiàn)在將參照圖29描述控制回路。向控制回路提供預期溫度1126輸入和來自溫度傳感器的測量溫度1128。預期溫度1126用來步驟1130中以確定所希望的用于維持預期溫度的穩(wěn)態(tài)PWM值。預期溫度和穩(wěn)態(tài)PWM之間的轉換是基于實驗測量值預定的。通過將系統(tǒng)設置到某個溫度并允許它穩(wěn)定到穩(wěn)態(tài)，獲取該實驗測量值。實際溫度與PWM值之比被捕捉。在這整個運行溫度范圍內(nèi)在數(shù)個點處被重復。隨后可以在步驟1130中確定用于使用的線性趨勢線和方程式。該趨勢線的方程式常數(shù)(增益和偏移)用在步驟1130中以預測用于任何設定溫度的最終PWM將是什么。
[0472]隨后在步驟1132中將正向增益施加至從步驟1130預測的最終PWM。這優(yōu)選地將預測的PWM調(diào)整到最終PWM結果的約90%，例如乘以0.9。對于這方面不需要反饋，它幫助確?；芈讽憫橇⒓吹暮头€(wěn)定的。
[0473]控制回路還包括比例和集成條件。預期溫度和實際溫度之間的誤差由用于大的誤差的比例項立即吸收，并且隨著時間的過去轉移到積分項。
[0474]比例和積分項基于預期溫度1126和測量溫度1128之間的誤差。該誤差是在步驟1134中通過從預期溫度中鍵入測量溫度計算的。
[0475]對于大的誤差，希望將PWM輸出驅動到飽和(100%占空比)以最大化用于大的溫度變化的溫度轉換速率，同時為小的溫度差維持中等的轉換速率。為了實現(xiàn)這個目標，在步驟1136中檢查誤差是否在-1至I的范圍內(nèi)。如果溫度在-1至I的范圍之外，則它被調(diào)整以最大化轉換速率。在該情況中，在步驟1138中對該誤差求平方。步驟1140和1142隨后運行以將相同的符號分配到來自步驟1138的作為原始誤差的平方結果。步驟1140確定該誤差是否小于0，并且如果是，步驟1142將平方誤差乘以-1以恢復負值。這起作用，從而針對所有的但是小的誤差將輸出PWM驅動成飽和，平方的使用意味著較大的誤差具有更大的影響。如果該誤差的絕對值小于1，則平方該誤差對允許積分項隨著時間累積誤差產(chǎn)生消極影響，在這些情況中，步驟1136中的檢查確保原始誤差用在比例和積分項中。
[0476]比例項是通過在步驟1144中施加增益計算的。隨后在步驟1146中進行結果是否大于最大值的檢查。最大值是PWM飽和時的值。如果結果大于最大值，則在步驟1148中將比例項設置為該最大值。
[0477]積分項是通過在步驟1150中施加增益計算的，該增益隨后在步驟1152中被添加至運行總數(shù)。在步驟1154進行比例項是否飽和(等于上述最大值)的檢查。如果比例項飽和，則在步驟1156中將積分項設置為零。這防止積分飽卷，或積分項在比例項離開飽和之前累積大的值的效應。
[0478]在步驟1158中，添加正向的比例項和積分項。在步驟1160中進行該總值是否大于PWM飽和時的最大值的另一個檢查。如果是，則在步驟1162中將該值設置為最大值。最后，在步驟1160，輸出用于PWM的新的值。使用該值，直到獲得下一個溫度測量并且計算新的值。
[0479]自動聚焦控制方法[0480]提供自動聚焦以將激光器與CE芯片毛細管精確地對準。小直徑聚焦激光束和毛細管使得在不采用主動調(diào)整的某種方法的情況下難以將插入的CE芯片與激光器對準。
[0481]所提供的機械特征將CE芯片毛細管對準靠近激光器，但為了改善對準，提供自動對準和聚焦方法。在該方法的第一階段中，打開激光器，并且在監(jiān)測CCD的輸出的同時相對于激光器移動CE芯片。移動CE芯片以將激光器從毛細管的一個壁移動到另一個壁，并且確定最大C⑶輸出的位置。C⑶輸出借助于來自CE芯片和CE芯片內(nèi)的毛細管的反射或熒光。CE芯片隨后移動到對應于正確對準的最大值位置?？商鎿Q地，可以使用對應于對準位置的特定CCD檢測圖案。在另一種替換中，可以檢測毛細管的壁的位置，并且將對準位置計算為壁之間的中點。
[0482]一旦對準，則打開激光器，并在監(jiān)控用于最大值的CCD的輸出的同時移動物鏡。最大值的位置對應于正確聚焦。可替換地，可以使用對應于聚焦位置的特定的C⑶檢測圖案。
【權利要求】
1.一種用于處理樣品的設備，該設備設置有電路板并在使用中設置有樣品盒，電路板在使用中與樣品盒連接，其中樣品盒包括工作表面，該工作表面限定用于處理樣品的多個部分；其中電路板被構造為在使用中鄰近所述工作表面并且包括: 多個元件，所述多個元件中的每一個與所述多個部分中的一個相關聯(lián)，并被設置為在使用中鄰近所述多個部分中的相關聯(lián)的一個定位；并且 其中電路板還限定至少一個對準特征，所述至少一個對準特征用于接合樣品盒上的對應的對準特征并確保所述多個元件在使用中鄰近所述多個部分中的相關聯(lián)的一個定位。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中設置一個或多個元件，并且所述元件是從包括用于加熱樣品盒的加熱器、用于向樣品盒上的特征供電的電接觸件、用于向樣品盒上的泵供電的電接觸件的組中選擇的。
3.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中樣品盒設置多個部分，并且當需要處理樣品時，所述電路板能夠通過確保電路板上的特征與樣品盒上的在所述多個部分中的對應特征正確地對準的至少一個對準特征使得這些部分被激活。
4.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中電路板還包括限定開口的邊緣，該開口在使用中對應于樣品盒上的樣品處理腔。
5.根據(jù)權利要求4所述的設備，其中在樣品處理腔中的處理由與電路板分開的特征提供，并且所述開口允許與電路板分開設置的附加部件進入樣品處理腔。
6.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中電路板還限定窗口，該窗口允許在使用中通過電路板視覺地檢查工作表面的特征。
7.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中電路板還包括凸起，所述凸起沿使得在使用中所述凸起指向樣品盒的方向從 電路板的表面上延伸，所述凸起是導電的以允許通過所述凸起將電流供給至樣品盒。
8.根據(jù)權利要求7所述的設備，其中所述凸起被彈性地安裝，使得當將樣品盒安裝在該設備中時，作用力施加至所述凸起以將所述凸起偏壓向樣品盒并改善電接觸。
9.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中該設備的用于容納樣品盒的一段的至少一部分安裝有彈性元件，該彈性元件用于在使用中提供將電路板和樣品盒的工作表面擠壓在一起的作用力。
10.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中由該設備提供壓板，該壓板作用在樣品盒的非工作表面上，并且該壓板移動以將樣品盒的工作表面壓靠在電路板上。
11.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中樣品盒在插入設置有電路板的該設備中之前被放置在固定器中。
12.—種電路板，用于在使用中與樣品盒連接，其中樣品盒包括工作表面，該工作表面限定用于處理樣品的多個部分；其中電路板被構造為在使用中鄰近所述工作表面并且包括: 多個元件，所述多個元件中的每一個與所述多個部分中的一個相關聯(lián)，并被設置為在使用中鄰近所述多個部分中的相關聯(lián)的一個定位；并且 其中電路板還限定至少一個對準特征，所述至少一個對準特征用于接合樣品盒上的對應的對準特征，從而確保所述多個元件在使用中鄰近所述多個部分中的相關聯(lián)的一個定位。
13.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其中設置一個或多個元件，并且所述元件是從包括用于加熱樣品盒的加熱器、用于向樣品盒上的特征供電的電接觸件、用于向樣品盒上的泵供電的電接觸件的組中選擇的。
14.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其中樣品盒設置多個部分，并且當需要處理樣品時，所述電路板能夠通過確保電路板上的特征與樣品盒上的在所述多個部分中的對應特征正確地對準的至少一個對準特征使得這些部分被激活。
15.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其中電路板還包括限定開口的邊緣，該開口在使用中對應于樣品盒上的樣品處理腔。
16.根據(jù)權利要求15所述的電路板，其中在樣品處理腔中的處理由與電路板分開的特征提供，并且所述開口允許與電路板分開設置的附加部件進入樣品處理腔。
17.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其中電路板還限定窗口，該窗口允許在使用中通過電路板視覺地檢查工作表面的特征。
18.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其中電路板還包括凸起，所述凸起沿使得在使用中所述凸起指向樣品盒的方向從電路板的表面上延伸，所述凸起是導電的以允許通過所述凸起將電流供給至樣品盒。
19.根據(jù)權利要求18所述的電路板，其中所述凸起被彈性地安裝，使得當將樣品盒安裝在該設備中時，作用力施加至所述凸起以將所述凸起偏壓向樣品盒并改善電接觸。
20.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其中用于容納樣品盒的一段的至少一部分安裝有彈性元件，該彈性元件用于 在使用中提供將電路板和樣品盒的工作表面擠壓在一起的作用力。
21.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其中設置壓板，該壓板作用在樣品盒的非工作表面上，并且該壓板移動以將樣品盒的工作表面壓靠在電路板上。
22.根據(jù)權利要求12所述的電路板，其中樣品盒在插入設置有電路板的設備中之前被放置在固定器中。
【文檔編號】G01N35/00GK103477230SQ201180051588
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2011年8月25日 優(yōu)先權日:2010年8月27日
【發(fā)明者】斯坦·史密斯, 布雷特·杜南, 塞德里克·赫爾, 大衛(wèi)·阮, 阿莫魯·舍夫, 拉爾夫·列尼格克, 弗雷德里克·詹豪森 申請人:亞利桑那大學董事會, 生物促進公司