用于在PCR反应容器内进行实时PCR的热循环器模块和系统

2024年10月12日发(作者：)

图9（b）显示试剂包的剖视图。

图9（c）显示试剂包的分解图。

图9（d）显示试剂包的挡板盖。

图9（e）显示试剂包的端部部分。

系统可以以试剂包400的形式存储试剂。在一些实施例中，如图9（a）所示，试

剂包400可以是多用途的耗材，容纳用于多次进行化验类型的试剂。试剂包400可

以存储足够的试剂，以便支持指定类型的20个到100个个别化验的进行。在一个

实施例中，试剂包400存储足够的试剂，以便支持指定类型的50个（或大于或小

于该数字）个别化验的进行。系统使每个试剂包专用到单个化验类型，并且结合化

验盒200，仅仅需要单个试剂包400来供给化验所需的所有试剂。在一些实施例中，

试剂包400存储用于多个化验类型的试剂。存储在试剂包400中的试剂可以在环境

温度上是稳定的。或者，为了稳定性，存储在试剂包400中的试剂可以使用冷冻存

储。

基于化验特异性和存储条件需要，系统设计可以在试剂包400和化验盒200之间分

派 试剂存储。在一些实施例中，存储在化验盒200中的试剂可以通过试样类型来

确定。例如，DNA化验盒可以存储与DNA提取和净化有关的试剂，而不管系统是

否使用那个化验盒来进行沙眼衣原体（“CT”）和淋球菌（“NG”）化验或者巨细胞

病毒（“CMV”）化验。在一个实施例中，试剂包400存储特定用于特别分析物的

试剂。在另一个实施例中，试剂包400存储要求冷冻存储的试剂。在又一个实施例

中，试剂包400存储特定用于特别分析物的试剂和要求冷冻存储的试剂两者。实例

包含但不局限于：（1）存储特定用于CMV化验的扩增引物的CMV试剂包，（2）

存储用于多个化验类型并且要求冷冻存储的消化肽酶或者蛋白酶K酵素的试剂包，

以及（3）存储（a）用于CT和NG化验的扩增引物和（b）用于多个化验类型的

消化肽酶或者蛋白酶K酵素两者的试剂包。其他类型的试剂可以被用在本发明的

其他实施例中。材料可以在给定试剂包400的试剂容器（408、414）之间被传送，

同时它被存储在试剂存储单元124中。在一些实施例中，材料可以在不同试剂包

400的试剂容器（408、414）之间被传送，同时试剂包被存储在试剂存储单元124

中。

如图9（a）所示，试剂包400可以包含形成以包含多个试剂器具的通常矩形的细

长体以及促进操控和自动化的特征，该多个试剂器具包含一个以上的大的试剂器具

408和一个以上的相对小的试剂器具414。大的和小的器具408、414在该实施例中

以线性阵列对准。

在一些实施例中，试剂包400可以通过注射成型被制造。或者，试剂包400可以通

过组装各个试剂器具408、414被制造。在这种实施例中，各个试剂器具408、414

可以使用粘合剂、通过焊或者通过固定被接合到框架。

试剂包可以具有近端450和在细长体的另一末端的远端404。试剂器具的取向定义

了试剂包的顶部和底部；试剂器具在顶部打开并且在底部和侧面被闭合。试剂包

400可以是不透明的，以便保护感光试剂远离光。在一个实施例中，试剂包400由

碳填充塑料制成，可以是传导的或者具有抗静电性。

在一些实施例中，试剂器具（408、414）沿着试剂包长轴以单行（或者以线性阵列）

对准。这有利于提供紧凑式存储，并且另外地允许传热面在存储期间位于每个试剂

器具的两侧侧面。这个两侧靠近有助于将试剂维持在希望的存储温度，改进了试剂

稳定性并且有助于保证试剂质量。试剂器具408、414可以是通常矩形横截面的顶

部开口器皿，平行于试剂包400的主轴被定向。当用户滑动试剂包到试剂存储单元

124中时，这个配置利用固定传热面产生了好的热接触。

试剂器具408、414可以由相对薄的壁定义，以便允许快速热交换。垂直壁447可

以使邻近的试剂器具408、414分离。在一个实施例中，单独的试剂器具408、414

不与其他 试剂器具408、414共享壁。分离壁有利于防止邻近的试剂器具408、414

之间的流体蔓延，减少了试剂污染的可能性。试剂器具壁可以在底部之下延伸，以

便形成直立特征444，该直立特征444终止于公共高度并且在平的工作表面上支持

试剂包。

为了容易地铸型，试剂器具408、414可以朝着底部呈锥形。如图9（b）所示，每

个试剂器具408、414的底部还可以中心向下转向，以使吸液期间的无用容量最小

化。在一些实施例中，每个器具的底部部分446具有倒金字塔形配置。

根据本发明实施例的试剂包400可以容纳用于化验的多个情形的试剂的足够容量。

在一些实施例中，每个试剂包400包含用于化验的大约20到100个情形，并且在

一些情况下，大约50个情形。在一些实施例中，试剂包400可以被供给有空的或

者局部填充的试剂器具（408、414），随后将试剂从诸如瓶子的大器皿中传送到该

空的或者局部填充的试剂器具（408、414）。各个试剂器具可以在尺寸上不同，以

便适应化验类型的要求。可以确定试剂器具大小的因素包含试剂包类型希望使用的

数目，依赖试剂成分的浓度的稳定性问题，以及使最后的反应混合物的容量最小化

的需要。如上面所提到的，在一些实施例中，每个试剂包可以包含大的试剂器具

408和多个小的试剂器具414。在一个实施例中，试剂包400具有六个以上的小的

试剂器具414。每个试剂器具408、414可以足够大的，以便容纳用于移除在化验

中使用的大量试剂的微尖端542。在较佳实施例中，大的试剂器具408具有存储大

约3.0mL流体的容量，并且小的试剂器具414具有存储大约1.2mL流体的容量。

每个试剂器具408、414可以包含附加容量，以便在试剂448的液体表面和挡板盖

418之间维持至少7mm顶端空间452，该挡板盖418在填满试剂时覆盖在试剂器具

408、414上。顶端空间452（可以被填满有空气）可以用来在存储试剂被保持在试

剂存储单元内时使存储的试剂与施加到试剂包400顶部的热量分离。

如图9（a）和9（c）所示，试剂包400可以包含促进操控和自动化的特征，包含

密闭段412（包括器具408、414）、握把406、挡板盖418、存储封盖416、电子

存储器426、标签，啮合试剂存储单元124的特征、以及选择的试剂。在一些实施

例中，试剂包400的主体可以通过包括注射成型的制造处理制成。

根据本发明实施例的试剂包400可以包含密闭段412。密闭段412可以至少部分地

通过密闭壁422被定义，该密闭壁422定义了试剂包400的侧面的配件。密闭壁

422还可以邻近于远端端部404和近端端部450或者与远端端部404和近端端部

450重合，并且可以围绕试剂器具408、414的上开口。而且，密闭底板410还可

以将密闭壁422连接到每个试剂器具的开口。在一个实施例中，密闭底板410是水

平网状物，该水平网状物与试剂器 具408、414的开口和密闭壁422两者相接。密

闭段412可以用来防止污染经过可能在处理或者操控期间出现的液体的滴液或者溢

出的密闭。中心布置的垂直网状物可以在密闭底板下连接试剂器具壁以便增加刚性。

定义每个试剂器具408、414的壁可以在密闭底板410上垂直延伸作为缘边，以便

防止在密闭区中滴下或者溢出的流体的侵入到试剂器具408、414中。在一些实施

例中，这些缘边还可以是能量导引器428（参见图9（b）和9（c）），该能量导

引器在诸如挡板盖418的封闭物附接到一个以上试剂器具408、414的期间被使用。

这些缘边在试剂包400制造期间还可以支持密封的试剂器具408、414的渗漏测

试。

挡板盖418可以个别地密封试剂器具，以便保护试剂远离环境因素并且防止试剂交

叉污染。挡板盖418可以是跨越所有的试剂器具开口408、414的单个配件。或者，

挡板盖418可以是覆盖个别的试剂器具408、414开口的一系列个别的密封构件。

在另一实施例中，挡板盖418可以是横跨多个试剂器具408、414开口的单个配件

和覆盖个别的试剂器具408、414开口的个别的密封构件或者覆盖单个试剂器具

408、414的个别的密封构件的组合。在又一个实施例中，挡板盖418可以是聚合

物箔和形成的聚合物支持部的多层合成物。如图9（d）中所示，聚合物支持部可

以赋予挡板盖418刚性，可以提供使挡板盖418与试剂器具408、414对准的特征，

并且可以进一步提供诸如在挡板盖中的每个试剂器具场所周围的凸缘418（b）的

分离特征。这种凸缘418（b）可以有助于使用户的手指免于触摸和污染直接在试

剂器具408414的顶上的挡板盖418的部分。在一些实施例中，挡板盖418包含至

少一个相容性弹性部件，该相容性弹性部件容许挡板盖418在刺穿之后至少局部地

再密封。相容性弹性部件可以处于通过闸门和滑槽被接合的预成形帽418（a）的

带条的形式（参见图9（d））。

图9（d）显示挡板盖418可以包含从一端非对称地凸出的定位突出部418（c），

该定位突出部418（c）防止盖在制造期间阻止被放置在处于错误取向的试剂包上。

在一个实施例中，制造处理是形成的聚合物支持部对弹性部件的包覆成型。用于聚

合物支持部的适合的材料包含诸如由荷兰鹿特丹的LyondellBasell工业制造的天然

的PURELL X50109的聚丙烯。用于聚合物支持部的其他适合的材料包含但不局限

于聚乙烯、尼龙、聚笨乙烯以及其他带有适合刚度的聚合物。用于弹性部件的适合

的材料可以是诸如由伊利诺斯州的McHenry的GLS公司制造的G7930，GLS等级

分G7930-1001-00的热塑性弹性体。用于挡板盖418的弹性部件的其他适合的材料

包含但不局限于有机硅弹性体、乳胶和天然橡胶。

在操作中，吸液尖端（没有显示）刺穿挡板盖418（例如挡板盖418的预成形帽

418 （a）），以便访问试剂器具408、414的容纳物。制造处理可以预先刻划挡板

盖418，以致刺穿期间的撕裂发生在可预测的场所中。在一些实施例中，制造处理

激光将挡板盖418焊接到每个试剂孔408、414的缘边。或者，制造处理可以使用

其他适合的处理附接方法，以便将挡板盖418固定到试剂器具408、414，该方法

包括但不局限于热封、超声波焊接、感应焊接或者粘合剂接合。

如图9（c）所示，试剂包可以包含设计成在运送、离系统存储或者操控期间保护

试剂包容纳物的存储封盖416。存储封盖416可以是宽松地加接到密闭壁422的上

表面的单用途的“沿虚线撕下的”封盖。在一些实施例中，存储封盖是可替换的封盖，

该可替换的封盖通过摩擦或者通过过盈“揿钮配合”被适当地保持到密闭壁422。如

果试剂包400从系统中被移除，则这有利于允许用户替换存储封盖。存储封盖416

可以包含识别或者指令标签。

图9（a）另外地显示了握把406可以从试剂包400的近端端部450延伸，以便简

化来自系统的插入和移除。在一端的握把406的放置有利于允许用户使试剂包400

经由相对小的开口滑动到试剂存储单元124，在插入期间减少试剂存储单元124中

的温度波动。而且，该端的放置有助于使用户双手、可能的核酸污染源保持远离试

剂。握把可以包含沿着试剂包轴的延伸部，具有沿着下表面的凹口，以用作指孔。

在一个实施例中，该延伸部是中空的，这有利于减少试剂包400的重量。与低重量

的试剂包400耦接的握把406的设计容许可用户牢固地夹紧试剂包400。当试剂包

400被安装在试剂存储单元124中时，握把406可以包含仍然可见的标签表面。这

个标签场所容许用户通过简单的目测来识别各个试剂包，而不扰乱系统操作。

在一些实施例中，在图9（c）中显示的分离部分420在试剂包400内进一步使握

把与试剂器具（408、414）分离。分离部分420可以是具有顶部壁和平行侧壁的延

伸的中空分段，该侧壁被配置成平行于试剂包的轴。分离部分420可以用来使握把

406与试剂器具（408、414）分离，以便减少来自用户操控的试剂污染的可能性。

分离部分的长度可以是从0.5英寸到1.5英寸。在一个实施例中，分离部分的长度

大约是1英寸。当试剂包被放置在平的表面时，分离部分420还可以用来稳定试剂

包400。分离部分的长度可以是从0.5英寸到1.5英寸。在一个实施例中，分离部

分的长度大约是1英寸长。当试剂包被放置在平的表面时，分离部分420还可以用

来稳定试剂包400。第二目的可以是提供表面以便支持试剂包标签。

如图9（c）所示，试剂包400还可以包含电子存储器426，以便存储与试剂包400

有关的信息并且传送关于试剂包400的信息往返于系统。电子存储器426可以通过

电接触来 通信或者无线地通信。在一些实施例中，电子存储器426是由加利福尼

亚州桑尼维尔的Maxim Integrated Products公司制造的利用协议的接触存储器装置。

在其他实施例中，电子存储器426可以是RFID装置、iButton（加利福尼亚州桑尼

维尔的Maxim Integrated Products公司的注册商标）装置、或者适合尺寸的另一电

子存储器装置。电子存储器可以被安装在试剂包上的任何地方。在一个实施例中，

如图9（e）所示，电子存储器426被加接到在试剂包400的远端端部404附近的

定位特征432。一旦装载到试剂存储单元124内，凹口就可以被布置成邻近于提供

电力和信息的试剂包读取器146（图8（c））。存储器装置426可以包含在试剂包

400制造期间录入的信息和在使用期间传送的信息。在制造期间录入的存储在存储

器装置426中的信息可以包含：化验类型、试剂盒序列号、批号、和试剂有效期，

以及一旦它已被系统访问，与试剂包容纳物的稳定性有关的信息。在制造期间录入

的信息还可以以一维条型码、二维条型码或者通过类似标签被编码。在使用期间传

送的信息可以包含：试剂包首次被装载到系统上的日期、试剂包已被存储在系统上

的时间量、从试剂包运转的测试数目、和剩余在试剂包中的测试数目，以及试剂包

已被装载在其上的各个系统的历史。在一些实施例中，系统在试剂包400的每个访

问之后将新信息写入到电子存储器426并且每当用户装载试剂包时读取信息。

图9（e）显示试剂包400可以包含啮合试剂存储单元124的特征，该特征包含在

插入期间引导试剂包的锥形引入特征438、在试剂存储单元124内支持试剂包的包

肩部440、将试剂包锁定到试剂存储单元124内的门闩套430、一旦系统从试剂存

储单元124中松开试剂包400就有助于弹出试剂包的弹簧啮合器434、以及指示试

剂狭槽中的试剂包400的存在的传感器标志466。

引入特征438可以从最靠近试剂包404的远端端部的试剂器具的侧壁延伸。在一个

实施例中，引入特征438是转向试剂包的中间线的侧壁的延伸部，形成辅助用户使

试剂包在插入到试剂存储单元124试剂存储单元124期间居中的锥形。

试剂包的密闭底板410可以延伸到侧密闭壁422之外来作为包肩部440。在一些实

施例中，包肩部440是受控表面。包肩部440可以从密闭壁422的任何一侧横向延

伸近似1-2mm并且可以用来使试剂包400垂至地位于试剂存储单元124试剂存储

单元124内。包肩部440的下表面可以支持试剂存储单元124中的RSU冷却台138

上的试剂包440（参见图8（b））。通过使试剂包400相对于基于受控表面的

RSU冷却台138定位，这有利于减少容限累积的效果。当挡板盖418的相容性部

分可以夹紧上升的微尖端542时，包肩部440的上表面在吸液操作期间紧固试剂包

400。包肩部440的一端还可以包含锥形引入特征。

如上更详细地描述的，系统可以使用弹簧装载的门闩组件144来将试剂包400紧固

在试剂存储单元124内（参见图8（c））。试剂包400可以包含诸如门闩套430

的配对特征，门闩套430与RSU门闩组件144的闭锁部分互补。如图9（e）所示，

门闩套430可以是在试剂包400的远端端部404附近的开口矩形腔室。在一个实施

例中，一部分密闭壁422围绕门闩套；接合到密闭壁的延伸侧部分的密闭壁的前部

可以定义垂直于试剂包的轴的矩形开口，定义与RSU门闩组件144的闭锁部分互

补的门闩套430。门闩套430可以在使用之前通过存储封盖被覆盖，防止阻止用户

在没有首先移除存储封盖416的情况下成功地将试剂包400装载到系统上。

如上更详细地描述，系统可以弹出松开的试剂包。图9（e）显示在试剂包404的

远端端部上的垂直壁424的延伸部，该延伸部可以用作与弹出弹簧相互作用的弹簧

啮合器434。在一个实施例中，弹簧啮合器434被定位成邻近于试剂包在中间线附

近的下表面。垂直壁的这个延伸部的上部还可以结合与试剂存储单元124内的试剂

包传感器相互作用的传感器标志46，以便指示试剂包在试剂存储单元124内的存

在。

还可以有多个本发明的其它替换实施例。例如，在所有化验或者样本处理中使用的

通用试剂可以被保持在试剂包的外面的大瓶子中，或者试剂包可能是单用途的。

J.处理通道

图10（a）显示具有啮合化验盒的处理通道的立体图。

图10（b）显示具有啮合化验盒的处理通道的侧视图。

图10（c）显示具有啮合化验盒的有热控制的处理通道的立体图。

图10（d）和10（e）显示处理通道加热器的实施例的不同立体图。

图11显示根据发明替换实施例的处理通道加热器的处理通道的侧横截面视图。

如上所述的化验盒200通过系统在一个以上的处理区域中被处理，该处理区域结合

了用于进行处理病人样本所必须的特定步骤的机构。这种机构可以包含流体传送装

置、温度控制装置、磁性装置以及用于进行其他必须功能的装置，该流体传送装置

适合于1mL容量，或者适合于100μL到200μL容量，或者甚至降到10μL或以下。

处理区域可以包含这些装置中的一个或者多个。这些处理区域可以包含以线性样式

处理化验盒200的一个以上的通道。在一些实施例中，处理化验盒200的通道可以

以径向或者环形的样式被排列。在其他实施例中，处理区域可以包含旋转圆盘盘传

送带、化验盒是不能移动的并且通过台架系统上的处理机构或者关节臂被访问的区

域、或者容许通过处理机构以受控制的方式来访问化验盒的其他结构。

再次参考图1（b），图1（b）显示包含用于处理化验盒200的多个处理通道116

的系统的实施例。该系统可以包含被配置成处理化验盒200中的样本的第一、第二、

第三等处理通道。它还可以包含在处理通道116之间移动化验盒200的传送梭

50。

在一些实施例中，控制器94导引处理通道116和传送梭50的操作。在一个实施例

中，控制器可以存储并且执行一个以上规程，该规程通过使用传送梭50以指定的

次序来导引化验盒200穿过一系列指定的处理通道116。例如，控制器94可以被

配置成执行第一规程和第二规程。在一个实施例中，控制器94在执行第一规程的

过程中导引传送梭50，以便使化验盒200从第一处理通道（例如，盒装载通道）

移动到第二处理通道（例如，加热通道）。在执行第二规程的过程中，控制器可以

导引传送梭50，以便使化验盒200从第一处理通道（例如，盒装载通道）移动到

第三处理通道（例如，冲洗通道），而不使化验盒移动到第二处理通道（例如，加

热通道）。因此，在本发明实施例中，盒可以以任何适合的方式在邻近的或者非邻

近的通道之间被传送。第一、第二和第三处理通道的非限制性实例可以从群组中被

选择，该群组包含被配置成加温化验盒的加热通道、扩增制备通道、被配置成维持

化验盒的温度的温度稳定性加热通道、洗脱通道和冲洗通道。

在本发明的其他实施例中，系统包括被配置成对化验盒200中的样本进行操作的第

一处理通道、使化验盒移入和移出第一处理通道的传送梭50、以及导引系统的操

作的控制器771。控制器94可以被配置成控制第一处理通道和传送梭50中的操作。

这种控制器可以被配置成执行第一规程和第二规程。控制器在执行第一规程的过程

中导引传送梭，以便使第一化验盒200移入第一处理通道。在固定间隔之后，控制

器导引传送梭50，以便使第一化验盒200移出第一处理通道。在固定间隔内，控

制器导引第一处理通道以执行第一操作序列。控制器在执行第二规程的过程中导引

传送梭50，以便使第二化验盒200移入第一处理通道。在固定间隔之后，控制器

94导引传送梭50，以便使第二化验盒移出第一处理通道，并且控制器94导引第一

处理通道执行第二操作序列。该第一规程的操作序列可以不同于第二规程的操作序

列。

在各个处理通道116之间的化验盒200的通路以及在给定处理通道内进行的操作两

者中的灵活性给予了系统高度的操作适应性。

系统可以包含处理通道116，该处理通道116进行来自生物样本或者病人样本的核

酸提取和净化所需的操纵步骤。每个处理通道116可以容纳化验盒200。当系统使

用线性排列的化验盒200时，每个处理通道可以相对于化验盒的长轴线性地延伸。

这种处理通道116可以映射化验盒200的尺寸，减少定位化验盒的需要，以及容许

系统以空间有效的并行方 式打包多个处理通道。在一些实施例中，系统包含以与

它们在至少一些规程中使用的次序近似的次序来物理排列的处理通道。这有利于使

系统需要在处理通道之间传送化验盒的距离和时间最小化。或者，系统可以包含具

有集合在一起的类似功能的处理通道。这有利于使进行例如诸如冲洗的重复功能所

耗费的时间最小化。

如图1（b）所示，系统可以包含支持合适于不同处理步骤的功能的不同类型的处

理通道。在一些实施例中，系统包含一些通道类型的多个重复，允许并行地处理多

个化验盒200。处理通道类型的实例包含盒装载通道116（f），传送通道50，加

热温度稳定性通道116（j），冲洗通道116（a）和116（b），洗脱通道116（e），

扩增制备通道116（g）以及废料通道116（c）。在一些实施例中，系统按以下顺

序包含13个处理通道：

第一通道位置可以靠近仪器的中心，从前面看，具有向系统的右侧编号的连续通

道。，系统可以结合一个以上的处理通道，该一个以上的处理通道各自结合进行每

个处理步骤所需的所有处理工具。

在图20（h）中显示具有被配置成进行不同步骤的不同类型的处理通道的系统的另

一实施例。在这个实施例中，系统包含盒加温通道，该盒加温通道用来快速地将盒

和它的容纳物的温度带到一致的样本处理所要求的温度。在这种实施例中，系统可

以具有10个处理通道，其中一些以以下序列重复：

本发明的实施例可以以任何适合的组合来使用上述通道中的一个或多个。

参考图10（a）-10（c），处理通道可以包含保留处理通道部件的通道支持部834，

支持并且引导化验盒200的盒引导件800，沿着通道运动路径在处理通道内移动化

验盒200的盒滑架816，以及与输送梭898（在图14（e）中显示）相互作用的传

送位置。

通道支持部834（参见图20（j））提供附接点并且以彼此联系的方式保持处理通

道部件。在一些实施例中，通道支持部形成通常被布置成与处理通道116中的化验

盒200的轴平行的垂直壁。通道支持部834的配置可以在不同的处理通道116上是

不同的，符合其他处理通道部件的形状。通道支持部834可以包含这些部件中的至

少一些部件的安装场所。

盒引导件800在处于处理通道中的同时支持化验盒200。它的目的可以是在移动期

间保留化验盒200。它还可以用来一致地定位化验盒200，用于与处理工具相互作

用。在一些实施例中，盒引导件800支持作为部分化验盒200的受控表面。在一个

实施例中，化验盒200的受控表面是如上所讨论的水平网状物228的底表面。盒引

导件800可以通过在导槽862（参见图10（c））内提供波状表面来支持化验盒

200，这种导槽具有近似地与至少部分化验盒200的横截面互补的横截面。

在一些实施例中，为了减少摩擦、防止人为干扰或者两者，导槽862的横截面稍微

地大于化验盒200的标称大小。在一些实施例中，盒引导件800的导槽862是近似

于反向“U”的形状，随着U的开口部分面向下而被固定到通道支持部上。这种反向

U形包含闭合顶部壁、以从顶部壁的大约直角垂下的闭合侧壁，以及以大约直角连

接到侧壁的开口底部壁。开口底部壁可以包含通过间隙分离的两个水平壁分段，每

个分段连接到一个侧壁。这个间 隙形成通道开口。各种化验盒隔室和它的垂直网

状物可以经过通道开口凸出。

图14（f）显示梭通道892的内侧并且其中的特征可以类似于在导槽862中的那些

特征。底部壁的上部方面形成波状表面。化验盒在波状表面上行进，该波状表面可

以支持在一侧上的化验盒水平网状物228以及在另一侧上的盒凸缘906的底表面。

因为波状表面支持可以处于不同高度的化验盒特征，所以两个水平壁分段也可以处

于不同的高度。

如图14（f）所示，标定壁893可以被放置在化验盒200的顶部缘边的下面，以便

使通过流体传送的污染最小化。盒引导件800可以在任何可能使污染最小化的地方

覆盖化验盒。盒引导件800可以具有第二反旋转特征891，以便防止化验盒在吸液

操作期间的向上旋转。

在一些实施例中，如图10（c）所示，盒引导件800包含滞溜凹口，该滞溜凹口形

成在U形导槽862的内部。在图14（e）中还显示了盒引导件800的外部视图。滞

溜凹口沿着U形通道的一个壁延伸并且在形状上大致地与盒凸缘906互补。滞溜

凹口可以用来抑制化验盒200在吸液操作期间的垂直移动。如以上讨论的，这种垂

直移动可以因为吸液尖端和阻挡膜205之间的摩擦而出现；这种移动不利地影响吸

液操作的精确度并且可以引起溢出以及随后的系统污染。

盒引导件800可以沿着小于处理通道的全部运动路径延伸。在较佳实施例中，盒引

导件800没有到达传送位置内。在其他实施例中，诸如在图14（a）中显示的废料

通道，盒引导件没有延伸到其他操作场所中。如下面更详细描述的，当化验盒200

处于传送位置时，传送梭50可以进行盒引导件800功能。盒引导件800可以终止

邻近诸如通道加热器840（图10（c））和1104（图11）的某些操作场所，其中在

部分化验盒200和操作场所之间的密切接触对于操作是所希望的。当仅仅部分化验

盒在盒引导件内被啮合时，线性形式的化验盒的延伸长度允许盒引导件800支持化

验盒200。

盒引导件800可以包含标定弹簧，该标定弹簧相对导槽862一个侧壁的内部方面按

压化验盒200，以便更好地控制化验盒的横向位置。标定弹簧可以是相对刚性但有

弹性的材料的诸如弹簧钢的窄条，被安装到盒引导件862侧壁。在一些实施例中，

标定弹簧安装在盒引导件862侧壁内的开口中。

导槽800的任何壁可以包含在一个以上场所中的开口或者穿孔。在一些实施例中，

在导槽顶部壁中的开口给予了通向化验盒200隔室的处理工具。诸如以上描述的用

于标定弹簧安装的那些开口的其他开口可以服务其他功能。

盒推进器（它可以是装载输送部的实例）可以被用于将化验盒安置在处理通道内的

多 个操作位置中的任何操作位置上。盒推进器可以包含啮合化验盒200的盒滑架

816，引导盒滑架的运动的滑架导轨818，以及沿着滑架导轨移动盒滑架的滑架驱

动器（没有显示）。

在一个实施例中，盒滑架816啮合化验盒200的受控表面，以便在盒引导件800内

移动化验盒。盒滑架816还可以从传送梭898（参见图14（d））卸载化验盒并且

返回它。在一些实施例中，由盒滑架816利用的受控表面是垂直网状物226在化验

盒200的远端端部处的垂直布置的边缘。支持突出部特征218可以被设置在化验盒

的远端端部上，该支持突出部从化验盒下垂远离上面提及的受控表面的小距离，从

而定义了间隙。盒滑架816可以包含安装在该间隙内的推动特征304（参见图4（d）

和10（b））。在该结构中，盒滑架816朝向化验盒200的近端端部的移动逆着受

控表面驱动推动特征304。或者，盒滑架816远离化验盒200的近端端部的移动逆

着支持突出部218的近端方面逆向驱动推动特征304。

在一些实施例中，盒滑架816通过从单个方向驱动，通过逆着受控表面驱动推动特

征304，将化验盒200安置在操作场所。这具有在通道运动路径中补偿后冲的益处

以及减少在化验盒中的容限堆积的影响的益处；提高了系统在处理通道116内一致

地安置化验盒200的能力。

在一些实施例中，盒滑架816可以使用两端附近的支持突出部218来啮合化验盒

200。在其他实施例中，盒滑架816可以使用位于仅仅一端附近的支持突出部218

来啮合化验盒200。这个实施例有利于容许处理通道116的使用，该处理通道116

包含在化验盒200的外表面上操作的工具。这种配置可以使处理通道工具和盒滑架

816之间的干扰最小化。例如，废料通道116（c）或者结合了通道加热器116（j）

的处理通道可以从仅仅一端啮合化验盒。

盒滑架816可以经由诸如导轨轴承的移动连接部连接到滑架导轨818。在一些实施

例中，如以下更详细地描述的，盒滑架816在它的近端端部包含磁性响应冲击板

814，以便耦接到磁体推车808。在至少一些处理通道中，盒滑架816可以包含存

储一个以上的微尖端542的微尖端保持器。微尖端保持器可以是从盒滑架816延伸

的并且包含至少一个微尖端保持特征的搁板。在一些实施例中，这个微尖端保持特

征是穿过搁板的小孔或者穿孔。微尖端保持器可以被布置在通道运动路径上，以致

盒推进器可以将微尖端（参见图13（f））安置在处理通道中的吸液管下。朝着那

端的微尖端保持器可以位于盒滑架816的远端末端附近。或者，微尖端保持特征可

以被放置在处理通道内的适合的吸液管可出入它们的其他位置处。这种场所包括但

不局限于盒引导件800和部分通道支持部834。

盒滑架816还可以用作接地平面，以提高液体传感器的精确度。部分盒滑架816可

以被延伸，以达到紧紧邻近于化验盒200的孔。在本发明实施例中，液体传感器可

以是基于 电容的；在这种实施例中，使金属对象接近液体填充孔的底部可以提供

较大的电容变化，该电容变化仅仅用液体被观测。以下进一步详细描述可以包含液

体传感能力的传感电路。

盒滑架816可以被布置在盒引导件800的下面，以便从化验盒200的下侧啮合和驱

动。该配置促进了使用位于盒上的处理工具的化验盒200的处理。盒引导件800和

盒滑架816两者需要访问化验盒。虽然一些实施例包括通常布置在化验盒200上的

盒引导件800和布置在化验盒下的盒滑架816，但是这仅仅是可以实现类似结果的

多个配置中的一个。在替换实施例中，系统可以包含布置在化验盒200下的盒引导

件800和布置在化验盒上的盒滑架816，在化验盒的任何一侧上彼此相对的盒引导

件和盒滑架，处于插入配置的盒引导件和盒滑架，或者这些的一些组合。盒滑架

816被布置在盒引导件800的下面以便从下侧啮合和驱动化验盒200的配置有利于

限制处理通道116的宽度，随后减小处理通道之间的距离以及减小处理通道的组件

的大小。例如，在响应于对高系统处理量的需要而存在大量处理通道116的配置中，

处理通道宽度上的小的减小可以引起系统大小的相当大的减小。而且，因为诸如吸

液管的一些处理工具要求从上面访问化验盒200，所以盒滑架816在盒引导件800

下面的安置避免了与处理工具潜在的干扰。

在一些实施例中，在至少一些处理通道116中，化验盒在移动期间不完全搁置在盒

滑架816上。在这种实施例中，盒引导件800支持化验盒200并且盒滑架816提供

使其沿着运动路径移动的原动力。例如，为了使用之后传送到废料器皿，这种配置

可以简化化验盒200从以这种样式配置的处理通道中的释放。

滑架导轨818可以被用于引导盒滑动架816的运动，并且在一些处理通道中，可以

引导诸如磁体推车808的其他部件的运动。在一些实施例中，滑架导轨818附接到

通道支持部834，平行于处理通道内的至少一部分运动路径的方向被定向，并且沿

着处理通道内的至少一部分运动路径延伸。滑架导轨818可以经由互补轴承连结到

诸如盒滑架816的移动部件。在一些实施例中，滑架导轨816是线性导轨，并且轴

承是笼球轴承块、笼辊轴承块或者等效装置。

通过诸如导螺杆和螺母、线性电动机或者气动传动机构的多个驱动方法中的任何驱

动方法，滑架驱动器可以沿着滑架导轨818移动盒滑架816。在一些实施例中，系

统使用在滑架导轨818的一端附近被附接到通道支持部834并且被耦接到驱动皮带

轮的驱动电动机801。空转皮带轮810可以通过附接物在滑动架导轨818的相对端

附近被附接到通道支持部834，该附接物允许空转皮带轮810和驱动皮带轮之间的

间隔距离的调整。在这种实施例中，正时皮带868可以将驱动皮带轮连接到空转皮

带轮，并且经由耦合装置864连接到 盒滑架864。电动机800的旋转驱动正时皮带

868，导致盒滑架816沿着滑架导轨818的移动。

包含传送通道116（h）、加热通道116（j）以及冲洗通道116（b）的特定类型的

处理通道可以包含毫尖端吸液管组件704。这用来在处理通道中在化验盒200的隔

室之中传送流体。如上所述，该毫尖端吸液管组件704可以包含毫尖端吸液管，该

毫尖端吸液管是类似于被用来传送样本的毫尖端吸液管。毫尖端吸液管组件可以包

含液体传感器、用于传感毫尖端吸液管内的压力的压力传感器、或者两种类型的传

感器。在一些实施例中，毫尖端吸液管组件704在沿着通道运动路径的固定位置处

被布置在盒引导件800上。因此，在本发明的一些实施例中，盒引导件可以被安置

成使化验盒与诸如毫尖端吸液管的第一吸液管（或者替换地或另外地，诸如微尖端

吸液管的第二吸液管）对准。导槽862顶部壁可以包含在固定位置上的穿孔，以便

允许毫尖端吸液管访问化验盒。或者，导槽可以是不连续的，在固定位置上具有间

隙，以便允许毫尖端吸液管访问化验盒200。毫尖端吸液管组件704的其他部件可

以包含用来使毫尖端吸液管相对于盒引导件800升高和降低的通道升降机832、啮

合来自化验盒的毫尖端220的毫尖端芯轴、驱动吸液动作的毫尖端吸出器、使用之

后使毫尖端220与芯轴脱离的毫尖端弹出器、检测流体的液体传感器702、毫尖端

以及对准特征。以下更详细地提供毫尖端吸液管组件的这些其他部件中的每个部件

的描述。

一些处理通道116可以包含微尖端吸液管组件，该微尖端吸液管组件在处理通道中

在化验盒隔室之中传送流体。微尖端吸液管组件可以包含液体传感器、用于传感微

尖端吸液管内的压力的压力传感器、或者两种类型的传感器。在一些实施例中，微

尖端吸液管组件实质上类似于毫尖端吸液管组件704并且以相同的样式被布置。然

而，微尖端吸液管组件包含微尖端吸液管1142，该微尖端吸液管1142类似于在以

下描述的XYZ输送装置上利用的微尖端吸液管。微尖端吸液管的特征可以实质上

类似于用于吸出样本的毫尖端吸液管704的那些特征。微尖端吸液管组件可以包含

通道升降机、液面传感器、用于啮合微尖端542的微尖端芯轴、驱动吸液动作的微

尖端吸出器，以及从微尖端吸液管组件中松开微尖端的微尖端弹出器。在一些实施

例中，微尖端吸液管组件可以访问保持在盒滑架816上的微尖端保持器中的微尖端

542，并且在使用之后可以使微尖端542返回到盒滑架。微尖端吸液管组件可以被

用于将反应容器塞222传送到反应容器底座246。在这种实施例中，微尖端吸液管

组件还可以从化验盒中移除塞紧的反应容器，并且在系统的不同区域之间输送塞紧

的反应容器。结合微尖端吸液管组件的处理通道116可以包含洗脱通道116（e）

或者必须传送小容量液体的其他处理通道。

在替换的实施例中，处理通道116可以结合双分解吸液泵，该双分解吸液泵能够精

确地吸出和分配大范围的容量。在一些实施例中，可以通过支持一个以上的吸液管

滑架的台架系统来提供吸液功能，类似于在需要时将吸液管安置在处理通道上的样

本吸液管700的吸液管滑架712。

图10（b）显示包含磁性分离机构的处理通道116的实例，该磁性分离机构结合分

离磁体804，以便选择性地将磁场施加到化验盒200的孔的容纳物，容许系统移除

液体容纳物，而不移除磁性响应固体或者颗粒相。这种处理通道的实例可以包含环

境温度通道116（h）、冲洗通道116（b）、洗脱通道116（e）、或者需要操纵磁

性响应固体或者颗粒相的其他处理通道。施加的磁场将磁性响应固体或者颗粒相拖

拉到化验盒200的在施加磁场804的地区附近的内表面。在一些实施例中，该地区

在反应孔202的下近端方面处的管路211内。这容许吸液管进入反应孔202，并且

在远离管路211的点、在较大反应孔深度的点收回液体容纳物。吸液管和分离磁体

804的这个相对位置有利于在非预期吸出磁性响应固体或者颗粒相的最小风险下，

容许移除保持在反应孔中的很大一部分流体。因为剩余流体降低了冲洗功效，所以

移除很大一部分流体是有益的。为了足够地减少污染，在孔内的相当大部分的剩余

流体的滞溜可能需要使用附加处理步骤。这反过来需要附加处理时间和附加试剂的

消耗。不同的处理通道116的分离磁体804可以具有不同的形状和大小，当分离磁

体的场被施加到化验盒200时，有利于容许系统生成具有不同的大小和几何形状的

磁性响应固体或者颗粒相材料的“小球”，对于有利于允许用于特定的处理步骤的小

球尺寸最优化。分离磁体可以包含有助于成形以及聚焦磁场的衬垫装置。这种衬垫

装置可以用磁性不锈钢制成。

本发明的一些实施例可以针对一种系统，该系统包括被配置成啮合化验盒的可滑动

的盒滑架，该盒滑架啮合滑架导轨。它还可以包含可滑动的磁体推车以及可逆的耦

合装置（例如磁体），该可滑动的磁体推车啮合滑架导轨并且包括分离磁体，该可

逆的耦合装置被配置成可逆地耦接可滑动的盒滑架和可滑动的磁体推车。在替换的

实施例中，可以使用旋转机构来使磁体达到接近化验盒，该旋转机构使磁体旋转到

位置内。在另一实施例中，可以垂直移动磁体，以便使磁体达到接近化验盒。在这

种实施例中，磁体可以被耦接到垂直安装的线性传动机构、轨道系统、或者其他适

合的垂直输送部。

说明性地，在一些实施例中，结合分离磁体804的每个处理通道116包含可移动的

磁体推车808，该可移动的磁体推车808被布置成平行于滑架导轨818行进或者沿

着滑架导轨818行进。在图10（b）中显示了磁体推车的实施例。通过将磁体推车

808布置在离开 化验盒200不同的距离处，系统可以选择性地将磁场施加到化验盒

的容纳物。磁体推车808可以被放置在处理通道的给予它访问保持在那个处理通道

内的化验盒200的反应孔202的一端处。或者，系统可以使用邻近反应孔的可控制

的电磁铁来选择性地施加磁场。在另一实施例中，系统可以通过在磁场源和化验盒

之间移动磁屏蔽来选择性地施加磁场。

在一个实施例中，磁体推车808使用用于移动盒滑架816的相同滑架驱动器的移动，

来将磁场施加到化验盒200。或者，系统可以不依赖于滑架驱动器来移动磁体推车。

在一些实施例中，磁体推车808包含将磁体推车808耦接到盒滑架816的第二闭锁

磁体812。闭锁磁体812是可逆耦合的实例。其他适合的可逆耦合可以包含诸如可

以被机械地开动的门闩的机械装置。

在操作中，系统将盒滑架816移动到邻近磁体推车808的第一位置，激活闭锁机构，

然后将盒滑架与磁体推车一起收回到下一个操作场所。为了脱离磁体推车808，盒

滑架816可以被移动到使磁体推车和锁定机构对准的第二位置，该锁定机构在被激

活时防止磁体推车移动。随后，移动盒滑动架816使闭锁磁体812松开并且从分离

磁体804的场中移除化验盒200。第一位置和第二位置在一些实施例中可以实质上

是同一的。

在一些实施例中，闭锁机构包含闭锁磁体812和磁性响应冲击板814。闭锁磁体

812和冲击板814中的一个可以被布置在磁体推车808上，而另一个被布置在盒滑

架816上。在一些实施例中，闭锁磁体812被布置在磁体推车808上，以便减少来

自闭锁磁体的磁场对化验盒200容纳物的影响。或者，盒滑架或者其一部分可以由

磁性响应材料组成。在一些实施例中，锁定机构可以包含锁定传动机构806，该锁

定传动机构806被安置在通道支持部834上，以致它可以与磁体推车808对准。这

种锁定传动机构806可以被激活，以便将磁体推车808固定到通道支持部834，或

者可以被去激活，以便容许磁体推车与盒滑架816一起移动。

在磁性分离机构的操作的一个实施例中，磁体推车808可以正常驻留在滑架导轨

818的一个末端附近的原位置。盒推进器可以邻近磁体推车808安置盒滑架816，

允许闭锁磁体812啮合冲击板814，并且从而使磁体推车808附接到盒滑架816。

当被附接到盒滑架816时，磁体推车808可以立即地对准邻近反应孔202的分离磁

体804，从而将磁场施加到反应孔容纳物。可以以与反应孔的壁的角度互补的角度

来保持分离。通过盒推进器的随后运动移动作为实质上单个单元的盒滑架816和附

接的磁体推车808，在随后处理步骤期间维持分离磁体804与化验盒200的接近。

这种处理步骤可以包含从化验盒200的孔中移除液体或者将流体分配到化验盒的孔

内。

为了拆卸磁体推车808，盒推进器安置盒滑架816，以致磁体推车返回到它的原位

置。然后，锁定传动机构806可以被激活，以便啮合防止磁体推车808移动的特征。

然后，盒推进器移动盒滑架816远离原位置。通过配置锁定传动机构806，以便在

磁体推车808上施加比冲击板814上的闭锁磁体812的力大的力，该运动导致盒滑

架816与磁体推车分离。在一些实施例中，锁定传动机构806是布置在通道支持部

834上的诸如气压缸或者螺线管的线性传动机构。啮合锁定传动机构806的特征可

以是在磁体推车808中的小孔或者穿孔，磁体推车808中的小孔或者穿孔被布置成

当磁体推车处于它的原位置时与锁定传动机构对准。

磁体推车808和盒滑动架816的这个配置的结果是分离磁体804仅仅可以在反应孔

202接近化验盒200。这有利于防止分离磁体和其他化验盒隔室之间的不想要的相

互作用，特别是用于存储磁性响应固相或者微粒的试剂孔。

如上面所提到的，不同的处理通道116可以利用具有不同尺寸的分离磁体804。磁

体可以在温度稳定性通道、冲洗通道、洗脱通道、PCR制备通道、传送通道等等

中被找到。例如环境温度通道116（h）、冲洗通道116（a）、以及洗脱通道116

（e）可以使用相对大的分离磁体804。大的分离磁体804可以施加较强的磁场，

以便更快速地收集分散遍布液体容量的磁性响应固相或者微粒，从而减少了处理所

需的时间。大的分离磁体804可以施加磁场，以便将来自反应孔容纳物的磁性响应

固相或者微粒收集到反应孔202内表面的相对大的区域上。该大的区域有利于分散

磁性响应固相或者微粒，减少它们之间相互作用的机会，以致随后的磁性响应固相

或者微粒的再悬浮可以较小有力以及更完全。这反过来减少了处理所需的时间，并

且减少了由可能仍然截留在聚合材料簇内的流体引起的污染的机会。

诸如某些冲洗通道116（b）的其他处理通道116可以使用相对小的分离磁体804。

小的分离磁体804在化验盒表面的相对小的区域上集中磁场。在一些实施例中，该

小的区域可以重叠反应孔202的受大的分离磁体804影响并且被布置成接近反应孔

的底部的区域。小的分离磁体804有利于支持希望在小区域中收集磁性响应微粒的

处理步骤。这种处理步骤包含磁性响应固相或者微粒在相对小容量的流体中的再悬

浮。例如，如下所述，使用非常小容量的流体从磁性响应固相或者微粒中洗脱核酸，

允许系统有效地集中所得到的洗脱核酸。在冲洗通道116（b）中的处理在许多规

程中可以先于洗脱，以致相对小的洗脱液容量可以更容易地使收集的微粒再悬

浮。

处理通道116还可以包含用于确认各种通道部件的对准的特征。这种特征可以包含

对 准标志。在图10（c）中，显示附接到盒引导件800的第一对准标志900和附接

到盒滑架816的第二对准标志897。以下进一步详细描述这些对准标志。

样本的一致处理可以使处理期间的化验盒200容纳物的温度控制成为必要。为了实

现这个，处理通道116可以包含多样化结构的例如通道加热器的加热组件。参考图

10（d）-11，一些处理通道116可以包含通道加热器840、1103，该通道加热器

840、1103加热化验盒200的至少一部分。通道加热器840、1103可以加热如图4

（a）和10（a）所示的反应孔202、用于存储化验试剂204、208、209的孔、或者

如图10（d）所示的这些的组合。如果需要，这有利于容许特定处理步骤在提升温

度下的进行，并且为了紧密地控制反应温度，这可以允许试剂在添加到反应孔202

之前的预加热。在一些实施例中，加热反应孔202和大的试剂孔204。通道加热器

840、1103可以被布置在通道运动路径的近端端部并且被配置成盒滑架816可以将

化验盒200驱动到通道加热器840、1103。在一个实施例中，通道加热器840或者

其一部分可以具有浮动的蛤壳构造，具有被配置成紧贴地安装在化验盒200的一端

周围的两个独立侧面，以及容许化验盒的进入的开口端。通道加热器840、1103可

以具有敞开的顶部850，以便容纳反应孔202。在一些实施例中，两个独立侧面各

自容纳提供热量的加热块854，控制加热器温度的至少一个温度传感器860，在外

部方面上容纳热量的绝缘封盖856，以及逆着化验盒200耦接独立侧面的弹簧。两

个加热块854可以在与开口端852相反的那端处的旋转连接部858中彼此耦接。加

热块854之间的腔室可以比反应孔202的宽度稍窄，以致弹簧将两个加热块854驱

动成与化验盒200壁紧密热接触。

在图11显示的实施例中，通道加热器1103具有两个加热装置1104和1106，一个

加热装置1104将热量施加到反应孔202，并且第二加热装置1106将热量施加到插

入的化验盒200的试剂存储孔204。加热装置1104和1106可以被配置成加热表面

不接触化验盒但是极其接近，经由辐射和对流来提供热量。或者，反应孔加热装置

1104可以类似于图10（c）中显示的通道加热器840被配置，反应孔加热装置

1104接触反应孔202的外壁并且在以下被详细地描述。这些加热装置可以作用一

致或者被独立地控制。

通道加热器840可以通过浮动连接安装到通道支持部834，以致化验盒200的稍微

错位或者弯曲不会阻碍进入通道加热器的插入。可以通过通道加热器840的内部轮

廓被映射的锥形形状的反应孔202进一步用来引导插入。盒引导件800终止于通道

加热器840的远端，以便不干扰插入。

在一些实施例中，在操作中，盒推进器朝着通道加热器840移动盒滑架816，以致

反应孔202的前缘啮合加热块854中的相应锥形。随着反应孔进一步进入，反应孔

202的侧 壁啮合加热块854的内壁，通过使加热块围绕它们的连接点858旋转来放

大腔室。当化验盒200被完全地插入时，加热块854位置调节，以便向内按压反应

202的外壁。通道加热器840、1102可以通过任何多个方法中的任何方法来维持温

度，但是可以通过控制具有连接到温度传感器860的PID回路的加热器来维持温

度。盒推进器可以通过简单地在远端方向上重新安置盒滑架816来使化验盒200与

通道加热器840脱离。

仪器处理的效率可以受测试环境的温度的影响。测试环境可以影响化验盒200的容

纳物（使用之前被保持存储）的温度和经处理的样本的温度两者。例如，如果正在

被处理的样本太冷，则化学处理的效率或者复现性可以被负面地影响。加热器可以

被集成到需要访问化验盒200容纳物（正如以上讨论的）的通道设计中，但是虽然

这种加热器可以足以维持化验盒的温度，但是它们可能不足以在单个间距内把化验

盒容纳物从环境温度带到处理温度。因此，在本发明的一些实施例中，在此公开的

仪器或者处理进一步包含一个以上用于该目的的导引和专用加热部件或者步骤。例

如，仪器可以包含被耦接到化验盒来升高化验盒和它的容纳物的温度的一个或者两

个盒加热器，以及被集成到处理通道内以维持化验盒和它的容纳物的温度的一个以

上的通道加热器。

在此公开的仪器可以包含一个以上盒加热器，该盒加热器被配置成将热量传送到化

验盒200，从而将热量传送到样本以及容纳在化验盒中的其他液体成分。盒加热器

可以在主动控制下，以致施加到化验盒的热量通过运转计算机软件的控制器被控制。

例如，控制器可以访问指定一个、一些或者所有化验盒的规程：希望的样本或者试

剂的温度或者温度范围、希望的样本或者试剂的温度分布图（例如，样本在给定时

间周期内或者在某个处理阶段期间从第一温度加温到第二温度）、或者盒加热器的

输出，有利于允许系统进行依赖大范围温度的处理。例如，规程可以要求以提升的

温度进行例如革兰氏阳性细菌溶解的第一步骤，该第一步骤与其他步骤处进行的处

理相矛盾。这种规程可以在第一处理通道内进行第一步骤并且在第二处理通道内进

行第二步骤。在这种规程的一个实施例中，可以在60℃到80℃进行第一步骤并且

可以在30℃到50℃进行第二步骤。在这种规程的另一实施例中，可以在65℃到75℃

进行第一步骤并且可以在35℃到45℃进行第二步骤。在这种规程的又一实施例中，

可以在大约70℃进行第一步骤并且可以在大约37℃进行第二步骤。如果规程要求

某些温度，则使用计算机软件的控制器可以确定要被提供给一个以上的盒加热器的

电压或者电压时间分布图。这种确定可以基于例如化验盒或者其中的样本或试剂的

测量温度，化验盒的物理特性（例如，大小、形状或者材料），试剂或者样本的比

热，试剂或者样本的起始温度，和/或环境温度。

图20（a）显示盒加热器3005的实施例。盒加热器可以是加热组件的实例。盒加

热器3005可以被配置成施加热量到化验盒200的一个以上的侧面。如图20（b）

所示，盒加热器3005可以包括前壁3007（a）和后壁3007（b）。前壁3007（a）

可以被安置成邻近化验盒200的第一侧面，并且后壁3007（b）可以被安置成邻近

化验盒200的与第一侧面相反的第二侧面。第一和第二壁3007（a）和3007（b）

可以例如通过顶部壁3007（c）被连接。如20（a）所示，顶部壁可以包含铰链，

该铰链容许前壁3007（a）相对于加热器后壁3007（b）旋转。在图20（a）中，

盒加热器3005还可以包含底架元件3010，该底架元件包含弹簧底架，可以看到该

弹簧底架在图20（b）中凸出穿过加热器的壁3007（a）。这些用来相对化验盒

200的外部壁按压右手内部加热器部件3027，并因此相对左手内部加热器部件按压

化验盒200。

如图20（c）和20（d）所示，盒加热器3005可以通过加热器传动机构3015在打

开和闭合位置之间移动。加热器传动机构3015可以是线性传动机构。盒加热器的

后壁3007（b）可以被实质上固定在适当的位置。仪器可以确定盒200已经被移动

到前后壁3007（a）和3007（b）之间的加热位置。例如，控制器可以感测化验盒

200（例如，经由光学检测器或者移动检测器）或者它可以接收指示盒的新存在的

信号。控制器可以确定盒加热器3005是处于打开位置还是处于闭合位置（例如，

使用传感器）。与闭合位置相比较，前壁3007（a）在打开位置更远离盒200和后

壁3007（b）。如果盒加热器3005处于打开位置，加热器传动机构3015可以使一

部分盒加热器3005（例如，前壁3007（a））移动到更靠近化验盒加热器的闭合位

置。在一些情况下，前表面3007（a）在闭合位置而不是打开位置与化验盒接触。

图20（c）和20（d）显示了一个实施例，在该实施例中，传动机构3015有角度地

移动前壁3007（a），以便减少前后壁3007（a）和3007（b）之间的角度。因此，

前壁3007（a）向着通道的中心移动更接近并且夹紧到盒200上。然后，加热器

3005可以与化验盒200紧密热接触，并且使用前后壁3007（a）和3007（b）两者

来加热化验盒200。因为壁3007（a）、3007（b）可以与化验盒200物理接触，所

以热量可以通过热传导被快速地传送到盒200中的液体。在一些实施例中，传动机

构3015水平地和/或垂直地移动前壁3007（a）。

图20（e）显示一段盒加热器3005的实施例。如所显示的，盒加热器3005可以包

含多个加热器地带。加热器地带可以对应于化验盒200的不同部分。例如，盒加热

器3005可以包含被配置成加热大试剂孔204的第一加热器地带3005（a）以及被

配置成加热化验盒200的中试剂孔209的第二加热器地带3005（b）。通过包含不

同的地带，沉积到盒的不 同孔内的样本和试剂可以被升高到不同的温度。此外，

地带可以容许孔被升高到相同的温度（例如，通过考虑盒内的孔形状和/或孔的相

对位置）。地带可以被配置成贯穿该地带提供实质上均一的热量，横穿该地带提供

变化的热量（例如，与中间部分相比，施加更多热量到外部地带部分），或者在离

散区中提供热量。

盒加热器3005可以包括多个加热元件3020。每个加热元件3020可以是一定大小

的并且安置成加热盒3200中的一个以上的孔。每个加热元件3020可以在分离控制

下，以致它可以产生独立的热输出。

图20（f）显示盒加热器3005的部件。如上所述，盒加热器200可以包含前壁

3007a和后壁3007b。每个壁可以包含加热箱3025。加热箱3025可以部分地封装

内部加热器部件3027。如图20（e）所示，内部加热器部件3027可以使用一个以

上的连接器3010被连接到加热箱3025。内部加热器部件3027可以包含一个以上

的加热元件3020。箱3025可以防止来自加热元件3020的热量在不是沿着盒200

方向的方向溢出。它还可以反射加热，以便提高盒加热器3005的效率。

加热元件3020可以被诸如泡沫绝缘体的绝缘体3017部分地覆盖。绝缘体3017可

以包括小孔，在该小孔中，可以驻留热切断元件3012（参见下文）。该小孔可以

提供对其他系统部件的访问或者允许由加热元件3020产生的热量主要在离散和目

标场所中被分配。一个或者两个内部加热器部件可以包含一个以上热敏电阻（没有

显示）。热敏电阻可以监视内部加热器部件3027的温度，并且可以基于监视的温

度来调节加热元件3020的输出。热切断元件3012可以是用作局部安全特征的温度

敏感开关，万一温度超过预设置限制，热切断元件3012停止加热元件的电力。

图20（g）显示可以与盒加热器3005一起使用的一部分化验盒200的实施例。化

验盒200包含大试剂孔204和中试剂孔208，但是没有小试剂孔。化验盒还包含反

应容器部件保持器219。孔204和208可以具有横截面，该横截面具有沿着化验盒

200的长边的实质上平的垂直侧。例如，孔3204和3208可以具有实质上矩形横截

面。这可以增加面对盒加热器3005的表面面积，并且从而增加加热效率。内部加

热器部件3027可以被配置成接触大和中试剂孔204和208的平的外表面。在一些

情况下，反应容器部件保持器219不包含实质上平的并且垂直的侧面。因此，在加

热期间，在反应容器部件保持器219和盒加热器3005之间可以具有标称空隙。

对应于特别加热区的所有孔可以具有实质上类似的大小、形状和/或加热器邻近表

面分布图。这可以允许孔通过由加热区输出的统一热量被平均地加热。例如，化验

盒200可以 包含多个大试剂孔204，并且盒加热器3005可以包含第一加热区

3005a，该第一加热区3005a具有与盒200的大孔部分的侧表面区域互补的区域和

位置。在一些实施例中，第一加热区可以与化验盒中的反应孔并列。类似地，化验

盒200可以包含多个中试剂孔208，并且盒加热器3005可以包含第二加热区3005b，

该第二加热区3005b具有与盒200的中孔部分的侧表面区域互补的区域和位置。第

二加热区可以与化验盒中的试剂孔并列。

图20（a）和20（b）中的盒加热器3005在仪器内处于相对固定的位置，仅仅朝着

通道的中心和远离通道的中心移动较小距离。在一些实施例中，当化验盒200前进

穿过不同的通道和处理阶段时，盒加热器3005与化验盒200一起移动。例如，在

样本和/或试剂已被添加到孔中之后，盒加热器3005可以被安置在化验盒200的顶

部表面。

图20（h）显示根据本发明实施例的仪器的部件的布局的俯视图，一些部件被移除

以澄清基本的结构和功能模块。与上述实施例的那些对等的并且同样的编号的许多

仪器的通道、单元和部件指的是同样的特征。因此，类似部件的上述细节同样可以

适合于图20（h）中描绘的通道、单元和部件。

在图20（h）显示的布局包含盒加温通道3116（i）。如上所述，在这个通道中，

一个以上的化验盒200可以通过一个以上的盒加热器3005被加温。加热通道3116

（i）可以包含将流体（例如，样本）从一个孔传送到另一个孔的泵。

在一些实施例中，一个以上的通道加热器3040（不同于盒加热器3005）被集成到

一个以上的处理通道和盒装载通道中。通道加热器3040可以被配置成主要地维持

化验盒和/或它的容纳物的温度，和/或在相对于盒加热器的调节范围的小范围内调

节温度。因此，可以接触或者非常靠近化验盒200的大表面区域的盒加热器3005

可以迅速及可靠地初始加热化验盒200。然后，可以进一步远离化验盒200被安置

的通道加热器3040可以在温度的较小范围内被分派温度调节的任务。在一些情况

下，盒加热器3005被配置成主要通过传导来加热化验盒200，而通道加热器3040

被配置成主要通过对流和/或辐射来加热化验盒200。因此，盒加热器3005可以比

通道加热器3040更快地、更有效地以及更可靠地加热化验盒200。尽管使用盒加

热器3005有结构上和效率优点，但是在其他实施例中，仪器仅仅包含通道加热器

3040，而没有盒加热器3050。

通道加热器3040可以被包含在一个、多个或者所有通道中（例如在图1（b）或者

图20（g）中显示的）。在一些实施例中，洗脱通道116（e），冲洗通道50、116

（a）和116（a）’以及温度稳定性通道116（j）包含通道加热器3040。通道加热

器3040跨过通道可以是结构上相同的或者类似的。在一些情况下，例如基于先前

的、当前或者随后的处理， 通道加热器3040跨过通道是不同的。例如，取决于哪

个孔有可能在通道中具有容纳物，通道加热器的加热元件3020的位置的大小、数

目可以变化。这种加热元件特异性可以减少系统噪声并且改进系统电力效率。

图20（j）和20（k）显示具有通道加热器3040的仪器的实施例。通道加热器3040

可以包括与关于盒加热器3005描述的那些结构配件和/或特性类似或者相同的结构

配件和/或特性。如图20（j）所示，通道加热器3040可以被实质上安置在盒引导

件800下，以致内部加热器部件3027可以加热化验盒200的孔。在一些实施例中，

内部加热器部件3027被固定并且被安置，以便跨坐盒200的侧面。因此，不同于

盒加热器3005，通道加热器3040在一些情况下可以不包含移动一个通道加热器的

壁的传动机构3015。不是夹紧在化验盒200上，通道加热器3040可以被安置并且

被配置成靠近化验盒200的侧面。在一些实施例中，通道加热器3040不与化验盒

200直接接触（即，在内部加热器部件3027和盒200之间存在间隙）。

虽然到化验盒200的传热可以是低效率的，但是该结构消除了具有移动加热器配件

的需要，从而减少了潜在的机械困难、空间需求以及处理时间。因此，化验盒200

可以沿着盒引导件800向通道下移动，直到它被安置在通道加热器3040的壁之间。

当合适的处理发生时或者合适的处理发生之前，通道加热器3040可以将化验盒的

温度调节或者维持到希望的范围或者在希望的范围内。

在一些实施例中，上述盒加热器3005和/或通道加热器3040可以被配置成冷却盒

和/或它的容纳物。例如，加热元件3005可以被替换为冷却元件，该冷却元件可以

使用循环变冷流体和/或热电冷却来冷却附近的或者接触中的盒200。

虽然以上描述了基于电阻加热器的多个加热器设计，但是其他实施例可以结合替换

的加热方法，以便实现相同的目标。这种加热方法包含红外线加热器、对流或者强

迫通风加热器，珀耳帖效应（Peltier）装置以及符合化验盒200表面的相容性加热

器。或者，液体可以在被分配之前在吸液尖端内被加热。

处理通道116可以为系统上的处理工具提供访问，以致它们可以在化验盒200操作，

系统上的处理工具是在处理通道的外部。例如，如图1（b）所示，盒装载通道116

（f）可以接收来自盒装载单元112的化验盒200，并且可以为了添加样本而将接

收到的化验盒呈递到样本吸液管70，并且为了添加来自试剂包400的试剂而将接

收到的化验盒呈递到XYZ输送装置40上的XYZ吸液管。洗脱通道116（e）可以

与XYZ输送装置40上的XYZ吸液管交换微尖端542。为了在隔室之间传送材料、

为了添加来自试剂包400的试剂、为了 塞紧反应容器221、以及为了移除反应容器，

扩增制备通道116（g）可以将化验盒200呈递到XYZ输送装置40上的XYZ吸液

管。如图1（d）所示，废料通道116（c）可以将化验盒200的液体容纳物传送到

液体废料存储器94，并且可以将用完的化验盒移动到固体废料存储器92。

在固定的或者指定的操作间隔或者“间距”期间，处理通道116可以在处理通道中呈

递的化验盒200上进行任何可利用的操作。如果处理通道116访问操作所需的处理

工具，则该操作是可用的。一些操作，诸如在延伸反应期间简单地存储化验盒，不

需要处理工具。其他操作，诸如在化验盒200的隔室之间传送材料，可能需要访问

处理工具，该处理工具可以驻留在处理通道116中。仍然是其他操作，诸如传送来

自化验盒200外的试剂，可能需要访问处理工具，该处理工具在处理通道116外。

因为这种外部处理工具可以另外地被啮合，所以这个操作可以引入对于处理通道操

作调度的灵活性的抑制；只有当外部处理工具没有被用于其他任务时，处理通道

116才可以使用该外部处理工具。在一些实施例中，不同类型的处理通道116可以

使用如下所述的处理工具。

盒装载通道116（f）可以访问盒装载单元112、样本吸液管70、XYZ输送装置40

上的XYZ吸液管、以及传送梭50。盒装载通道116（f）的可用功能可以包含从盒

装载单元112中装载化验盒200并且呈递这些盒用于再悬浮固相、微粒或者冻干的

试剂，流体添加，阻挡膜205的刺穿，以及通过样本吸液管70和XYZ输送装置

40上的XYZ吸液管的混合。样本吸液管或者XYZ输送装置40上的XYZ吸液管

可以在盒装载通道116（f）中将流体传送到化验盒200、传送来自化验盒200流体

或者在化验盒200内传送流体。盒装载通道116（f）可以与盒装载单元112共享延

伸的盒推进器。在样本吸液管70运动路径的交叉点，盒装载通道116（f）中的盒

引导件800可以具有开口或者间隙，以便接纳样本吸液管70。在易接近XYZ输送

装置40上的XYZ吸液管的位置处，在盒装载通道116（f）中的盒引导件800可以

具有开口或者间隙。以便接纳XYZ吸液管。

高温度稳定通道116（j）可以访问通道加热器（840、1103）、毫尖端吸液管704

以及传送梭50。温度稳定性通道的可用功能包含加热化验盒200容纳物、微粒或

者固相再悬浮、混合、以及材料在化验盒的隔室之中的传送。

可以提供温度比高温度稳定性通道116（j）低的热量的低温度稳定性通道（h）可

以使用毫尖端吸液管704、分离磁体804、以及传送梭50。低温度稳定性通道（例

如，环境温度通道）116（h）的可用功能包含微粒或者固相试剂的再悬浮、混合、

以及材料在化验盒200的隔室之中的传送。此外，低温度稳定性通道（例如，环境

温度通道）116（h）可 以施加磁场到化验盒200，以便促进磁性响应固相或者微粒

的分离和冲洗。

冲洗通道116（b）可以访问毫尖端吸液管704、分离磁体804以及传送梭50。冲

洗通道116（b）的分离磁体804可以小于低温度稳定性通道116（h）的分离磁体。

冲洗通道116（b）的可用功能包含微粒或者固相试剂的再悬浮、混合、以及材料

在化验盒200的隔室之中的传送。此外，冲洗通道可以施加磁场到反应孔，以便促

进磁性微粒的分离和冲洗。冲洗通道通常可以包含大的或者小的磁体。

洗脱通道116（e）可以访问微尖端吸液管1142、分离磁体804、XYZ输送装置40

上的XYZ吸液管、以及传送梭50，该微尖端吸液管1142类似于图15（a）-15（c）

的XYZ输送装置所利用的微尖端吸液管。它还可以除掉化验盒的使用过的孔内的

微尖端。洗脱通道的可用功能包含微粒或者固相试剂的再悬浮、混合、以及材料在

化验盒的隔室之中的传送。此外，洗脱通道116（e）可以施加磁场到化验盒200，

以便促进悬浮的磁性响应固相或者微粒的收集。洗脱通道116（e）还可以具有拾

取、落下、以及座合容器塞222以闭合反应容器221的能力。因为它提供对XYZ

吸液管40的访问，所以洗脱通道116（e）可以在化验盒200和试剂存储单元124

之间传送材料，以及在化验盒和任何热循环器模块1300（参见图16（a））之间传

送材料。洗脱通道116（e）可以具有微尖端542的来源以及微尖端542的清除方

法。在一些实施例中，通过弹出到化验盒200的孔内来除掉微尖端。在其他实施例

中，访问微尖端542的来源和清除地点两者的XYZ输送装置40上的XYZ吸液管

将一个以上的微尖端542运送到洗脱通道。在洗脱通道中的微尖端吸液管使用微尖

端542之后，XYZ输送装置40上的XYZ吸液管可以拾取并接着废弃用完的微尖

端542。

扩增制备通道116（g）可以访问XYZ输送装置40的XYZ吸液管以及传送梭50。

扩增制备通道116（g）的可用功能可以包含微粒或者固相的再悬浮、混合、以及

材料在化验盒200的隔室之中的传送、材料在化验盒和试剂存储单元124之间的传

送、以及材料在化验盒和任何热循环器模块1300之间的传送。此外，XYZ输送装

置40的XYZ吸液管可以具有拾取、落下以及座合容器塞222，以便闭合反应容器

221和输送反应容器。为了接纳XYZ吸液管，扩增制备通道的盒引导件800在

XYZ输送装置40的XYZ吸液管到达的场所处可以具有开口或者间隙。扩增制备

通道116（g）可以具有容器检测传感器，该容器检测传感器可以感测密封反应容

器的传导塞。这种容器检测传感器可以利用液面传感电路来检测传导塞的存在。或

者，容器检测传感器可以利用监视吸液泵的内部压力的压力传感器。或者，容器检

测传感器可以利用液面传感电路和压力传感器两者来检测密封反应容器在吸液芯轴

上的存在。扩增制备通道116（g）还可以具有对废料斜槽的连接，该废料斜槽被

利 用以便收集微尖端和使用过的（即，在热循环之后）反应容器。XYZ台架可以

利用缓慢地舒缓这些物品离开吸液芯轴的“软弹出”程序，以致这些物品以受控制的

方式落下。

如图14（a）和14（b）所示，废料通道116（c）可以包含对吸出探针986、固体

废料弹出器874以及传送梭50的访问。废料通道116（c）的可用功能包含从化验

盒200隔室中排干液体和除掉化验盒。

如以下讨论的，受制于外部工具的使用上的冲突抑制以及间距和传送窗口的定时抑

制，处理通道可以以任何序列进行任何可用的操作。第一规程和第二规程可以指定

在给定的处理通道116上进行相同的操作，或者第一规程可以在给定通道中指定与

第二规程指定的那些操作不同的操作。通过该可选操作序列在处理通道内的组合并

且通过传递化验盒经过可选序列的处理通道的能力，这个处理通道构思提供了灵活

的规程执行的能力。

除了上述特征之外或者作为上述特征的另一种选择，本发明的其他实施例可以包含

多个其他特征。例如，本发明的实施例可以包括一个以上的多功能通道，每个多功

能通道能够对插入的盒进行所有样本处理步骤。这种处理通道可以包含热循环器模

块。

K.微尖端

图12（a）显示与微尖端490的卡圈490（a）啮合的吸液管芯轴460的侧横截面视

图。图12（b）显示图12（a）中显示的微尖端的立体图。

在本发明的实施例中，微尖端490可以是相对小容量的吸液尖端，例如具有不大于

大约100或200μL的容量。微尖端490可以被用于以上关于毫尖端220描述的一个

以上的用途，诸如用于在分离阶段期间的用途。

微尖端490可以共享任何或者所有的以上关于毫尖端220描述的物理特性。例如，

微尖端490可以使吸液喷口呈锥形并且可以经由支持移除和替换操作的相容性耦合

锥形耦接到吸液管。当微尖端被安装在适合的吸液芯轴上时，微尖端490的长度可

以足够到达100mm管或者系统上使用的其他样本器皿的深度。在一些实施例中，

微尖端490的长度大约是30-80mm，例如大约50mm。

如图12（a）和12（b）所示，微尖端490可以包含在使用期间耦接到吸液管芯轴

460的安装孔径。微尖端490可以例如在多个分段中呈锥形。因此，耦合锥形490

（a）可以从安装孔径延伸到形成座合面490（a）-2的小直径台阶部。与毫尖端

220一样，微尖端490可以包含上锥形部490（e），中间锥形部490（d）以及下

锥形部490（c）。这些锥形分段可以具有一个以上的如上关于毫尖端描述的各个

分段。在一些实施例中，如图12（b）所示，对于微尖端490，中间锥形部490（d）

（不是上锥形部490（e））延伸大多数的配件长 度。在一些实施例中，耦合锥形

部490（a）从微尖端的顶部延伸大约5-15mm（例如，大约7.5mm），上锥形部

490（e）从耦合锥形部的端部延伸大约5-15mm（例如，大约7.2mm），中间锥形

部490（d）从上锥形部的端部延伸大约15-45mm（例如，大约28.8mm），以及下

锥形部490（c）从中间锥形部的端部延伸大约3-10mm（例如，大约6.3mm）。

下锥形部490（c）可以形成配件的顶点端部，该顶点端部在围绕吸液喷口（例如，

具有大约0.1mm到大约0.5mm的直径）的环面（例如，具有大约0.5mm到大约

1mm直径的平的环面）上终止。在一些实施例中，环面的直径大约是0.8mm并且

喷口的直径大约是0.3mm。

与毫尖端220一样，微尖端490的耦合锥形部490（a）可以是具有平滑内表面并

且没有支持肋的相容性锥形部。耦合锥形部490（a）的壁可以具有大约0.1-1.0mm

（例如，大约0.5mm）的厚度。

与毫尖端220一样，微尖端的耦合锥形部490（a）可以在上锥形部的顶部上突然

地改变直径，该上锥形部形成垂直于微尖端490的轴的座合面。座合面可以围绕具

有大约1mm-5mm（例如，大约3mm）直径的核心，形成具有大约0.05-0.5mm

（例如，大约0.10mm）宽度的平的环面。

如上面对毫尖端220描述的，形成安装孔径的耦合锥形部490（a）的开口端可以

在止动环面上结束。如上面关于毫尖端220描述的，微尖端490可以包含浮质挡板

和/或在上锥形部490（a）中的急剧的内径下降。

如图12（c）-1所示，微尖端还可以包含在下锥形部490（c）处的一个以上的通风

特征491。图12（c）-2显示一部分下锥形部490（c）的侧视图。在图12（c）-2

中显示的尺寸是英寸，但是尺寸在其他实施例中可以变化。在本发明的实施例中，

通风特征可以包括离开微尖端的其他平滑外侧壁的急剧偏离。该偏离可以沿着微尖

端的主轴在垂直方向上延伸，并且可以包含在外侧直径上的尖角、凸出肋、切入通

道、或者类似特征。此外，微尖端吸液喷口的外部可以是环面，它的平面对微尖端

的中心轴是直角。在一些实施例中，一个以上的通风特征或者通道没有延伸到微尖

端的远端尖端。例如，通风通道可以在离尖端的端部大约0.1-0.5mm（例如，大约

0.25mm）之间结束。

如上面关于毫尖端220描述的，微尖端490可以包括一个以上的材料（例如，具有

有传导材料的基础聚合物的掺合物）或者性质（导电的）。如上面关于毫尖端的形

成描述的，可以使用形成处理来制造微尖端490。

L.微尖端存储

图13（a）显示根据本发明的实施例的微尖端存储单元的正面立体图，而且进出口

盖处于打开结构中。

图13（b）显示根据本发明的实施例的一部分微尖端存储单元。

图13（c）显示一部分微尖端存储单元的俯视图。

图13（d）显示根据本发明的实施例的在微尖端存储单元中的支架扣。

图13（e）显示根据本发明的实施例的微尖端支架的立体图。

图13（f）显示根据本发明的实施例的微尖端支架的分解图。

如图13（f）所示，微尖端542可以以被保持在微尖端支架550中的尖端的形式被

提供。微尖端支架550可以依次被存储在微尖端存储单元120中的系统上。在一些

实施例中，微尖端支架550和微尖端存储单元120具有与试剂包400和试剂存储单

元124（分别参见图9（a）-9（e）和图8（a）-8（c））的结构相似性。

参考图13（a），微尖端存储单元120可以包含容纳一个以上微尖端支架550的平

台。多个微尖端支架550的存储有利于许可用过的微尖端支架550的替换，而没有

中断系统操作。在一个实施例中，微尖端存储单元120容纳多达四个微尖端支架

550。这有利地允许系统使用单个微尖端支架550中的所有微尖端542，而不用关

心不足的微尖端542将为了在进行中的化验而保留。微尖端存储单元120可以包含

在系统接地和任何装载的微尖端支架550之间的传导路径。这有利地驱散可能另外

从微尖端支架550上积聚和移走微尖端542的静电荷。为了支持这个功能，至少一

部分微尖端支架550可以由传导的或者抗静电的塑料组成。这种传导的或者抗静电

的塑料包含碳填充聚丙烯、聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺，以及用诸如脂族胺、脂肪族

的酰胺、季铵盐、磷酸酯、多元醇、多无醇酯、PEDOT：PSS以及聚苯胺纳米纤

维的抗静电剂混合或者处理的聚合物

每个支架550可以保持任何适当数目的微尖端。在一些实施例中，每个支架可以保

持6x20阵列的微尖端。在本发明的其他实施例中，支架可以保持或多或少的微尖

端。在一些实施例中，保持在微尖端支架550上的微尖端可以被彼此嵌套。

如图13（a）和图13（b）所示，在一些实施例中，微尖端存储单元120可以包含

三个以上（例如，四个以上）由狭槽壁520限定的平行狭槽、厚壁558、指状引导

件532以及进出口盖556。每个平行狭槽容纳微尖端支架550。阻尼弹簧可以被添

加到进出口盖556，以便控制进出口盖556的移动。

微尖端存储单元还可以包含底板522，该底板522垂直于平行狭槽壁520和厚壁

558，并且连接平行狭槽壁520和厚壁558。每个狭槽可以包含从狭槽壁520延伸

的支架引导件 530，以便支撑微尖端支架凸缘560的下部。因此，在任一侧上的支

架引导件530可以支撑每个微尖端支架550。在每个狭槽的一侧上的一个以上偏置

弹簧528（或者其他类型的偏置元件）可以促使微尖端支架550压紧相对的狭槽壁

520，以使微尖端支架550稳定并且保证位置精度。支架引导件的前沿可以包含引

入特征526，该引入特征526用于引导微尖端支架，以补偿在装载处理期间的错位。

微尖端存储单元的外壁可以充当用于通向废料清除区域的废料斜槽的安装点。

参考图13（c），厚壁558可以包括定位销534，该在微尖端定位销534一旦被插

入，就啮合微尖端支架550上的定位狭槽536。这个定位销534可以用于在微尖端

存储单元120之内固定微尖端支架550的场所。微尖端存储单元120可以使用弹簧

装载支架扣554（图13（d））来进一步将每个装载的微尖端支架紧固在适当的位

置中，该支架扣是类似于如图8（c）所示的RSU门闩组件。在一些实施例中，支

架扣554在扣枢轴570上枢轴旋转并且可以啮合微尖端支架550中的互补的扣凹口

552（图13（e））。厚壁558还可以包含弹出弹簧（或者其他偏置元件），以致

当扣554没有紧固微尖端支架550时，微尖端支架550可以被弹出。

单个门闩枢轴570可以横穿厚壁558延伸，以便在微尖端存储单元120内安装多个

支架门闩554。支架门闩554可以以与试剂存储单元124基本上相同的方式进行操

作，一旦装载微尖端支架550并且将微尖端支架550保持在适当的位置，该支架门

闩554就坐落在诸如门闩凹口552的配对特征之内，直到被释放。通过在支架门闩

突出部568上施加向下的压力，微尖端支架550可以从微尖端存储单元120中被释

放，施加的向下的压力导致支架门闩554在由门闩枢轴570限定的轴周围旋转，从

而从微尖端支架550的扣凹口552中收回支架门闩554。在一个实施例中，如经过

微尖端542施加的，通过XYZ升降机1120（在图15（c）中显示）供应向下的压

力。如以上对于试剂存储单元124的描述，微尖端存储单元120的后壁可以包含对

准存储的微尖端支架550的孔径，一旦将新的微尖端支架装载到相同狭槽内，该孔

径就许可用过的微尖端支架经过微尖端存储单元的后面被移到外面。

微尖端存储单元120可以包含检测微尖端支架550的存在的传感器。适合的传感器

包含但不局限于Hall效应传感器、光学传感器或者重量传感器，并且可以被附加

到微尖端存储单元120的后壁558。在一个实施例中，传感器是诸如来自德克萨斯

州卡罗敦（Carrollton）的Optek的Opto狭槽传感器的光学传感器。另一种选择，

系统可以通过确认成功地将微尖端542装载到XYZ吸液管（例如，在图15（a）

中显示的元件1136）来检 测微尖端支架550的存在。

如图13（b）所示，指状引导件532可以横穿微尖端存储单元120的前部的上方延

伸。这可以在装载处理期间担当引导件以及物理限制。在一个实施例中，为了将微

尖端支架装载到微尖端存储单元120中，用户通过将微尖端支架550的远端566对

准在支架引导件530之上但在指状引导件532之下，来将微尖端支架550滑动到平

行狭槽中。如图13（a）所示，进出口盖556可以防护微尖端存储单元120的前部。

在一个实施例中，进出口盖556可以被附加到带有铰链的指状引导件532，以便允

许为了用户装载和卸载微尖端支架550而打开。进出口盖556可以包含一组与每个

狭槽有关的指示器，该指示器通知用户装载的微尖端支架550的状态。在一些实施

例中，这些指示器是一组LED，该LED的颜色指示装载的微尖端支架的存在和状

态。在其他实施例中，装载的微尖端支架550的状态可以在作为系统的用户界面的

系统显示器上被指示。替换的实施例包含但不局限于白炽灯、LCD显示器或者其

他适合的视觉指示器。

在一些实施例中，XYZ吸液管可以接近微尖端存储单元120。在一些实施例中，

微尖端存储单元120靠近系统的前面，以便许可操作员容易地装载和卸载微尖端支

架。

在较佳实施例中，存储在微尖端存储单元120中的微尖端542被保持在微尖端支架

550中。图13（e）显示具有近端562和远端566的微尖端支架550。近端端部562

可以包含操控组件564，该操控组件为用户提供插入和移除支架的握紧点。远端

566可以包含扣凹口552，该扣凹口随着微尖端支架550的插入与微尖端存储单元

120的支架扣554接合。微尖端支架550还可以包含条型码、RFID芯片、一个电

线装置或者将与微尖端支架550相关的信息传送到系统的其他装置。每个微尖端支

架550保持多个微尖端542。在一个实施例中，微尖端支架550在7X23的矩阵中

保持161个微尖端542。可以通过将部件咬合在一起来形成微尖端支架550（例如，

如图13（f）一样），或者它们可以被摩擦配合、被焊接或者被黏合在一起。

为了驱散积聚在微尖端542上的静电荷，微尖端支架550接触微尖端542的部分可

以至少部分地由传导的或者抗静电的材料构造。这种传导的或者抗静电的塑料包含

碳填充聚丙烯、聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺，以及用诸如脂族胺、脂肪族的酰胺、季

铵盐、磷酸酯、多元醇、多无醇酯、PEDOT：PSS以及聚苯胺纳米纤维的抗静电

剂混合或者处理的聚合物。在一些实施例中，仅仅尖端支撑部546由传导的或者抗

静电的材料制成。为了阻止污染，微尖端支架550的支架底座538是被设计为包围

微尖端542。在一个实施例中，支架底座538包含扣凹口552，以便在微尖端存储

单元120之内紧固微尖端支架550。支架底座538 还可以由传导的或者抗静电的材

料组成。在微尖端支撑部546、微尖端542和微尖端支架底座538之间的关系同样

被显示在图13（f）中显示的微尖端支架550的分解图中。通过在微尖端542上面

安置支架盖544，微尖端542可以被进一步保护免受污染。支架盖544被附接到微

尖端支架550上；在一个实施例中，使用粘合剂，支架盖544被附加到微尖端支架

550的上外围。支架盖544可以由多层组成，并且可以使用粘合剂被保持在适当的

位置中。

微尖端支架550可以用于存储不同于微尖端的物品。这种物品包含反应容器底座

246、反应容器塞222、等待进一步处理的密封的反应容器、以及在使热循环器性

能特性化中使用的测试装置。在一些实施例中，为了再使用或者最终清除，微尖端

在使用之后可以被返回到微尖端支架550。

M.废料处理：废料处理通道

图14（a）显示根据本发明实施例的废料处理通道的立体图。

图14（b）显示根据本发明实施例的液体废料存储组件的立体图。

图14（c）显示根据本发明实施例的与固体废料器皿有关联的废料处理通道的立体

图。

在样本的处理之后，对于系统所希望的是，具有以使污染的风险最小化并且保证用

户的安全的方式，连同其他耗材一起废弃使用过的化验盒200和它的内容物的装置。

如上说明的，参考图1（b），在样本的处理之后，至少一个处理通道116可以被

用于清除使用过的化验盒200。废料通道116（c）可以使用或者包含用于清除固体

和液体废料的工具。

图14（a）显示废料通道870的实施例，该废料通道870包含到吸出探针986、到

固体废料库874以及到废料盒滑动架872的通道。废料通道870的功能可以包含从

化验盒200中移除液体和清除化验盒200。另一种选择，废料通道870可以清除化

验盒200，而没有先移除废料流体。

如图14（a）所示，废料通道870可以包含从化验盒200中移除可得到的液体废料

的吸出探针986。在一些实施例中，在沿着通道运动路径的固定位置处，在废料盒

引导件990上布置吸出探针986。吸出探针986可以被安装在促进吸出探针986的

垂直移动的探针升降机988。废料盒引导件990的上壁可以包含在固定位置上与探

针升降机988对准的开口或者间隔，以便允许吸出探针986接近化验盒200。

废料通道870的一些部件可以坐落在系统的处理区域内，同时其他部件可以坐落在

系统的其它地方，两者都是为了设计便利并且使污染的风险最小化。例如，通过在

隔室中安置废料器皿来减少来自废料材料的污染的风险，该隔室至少局部地与专用

于样本处理和分 析的系统的部分分离。

在图14（b）中显示的实施例中，废料通道870的部件包含蠕动泵909、液体废料

器皿908以及填充传感器907。这些是废料通道的功能性配件，但是如图1（d）所

示，这些可以被存储在系统的底座中的封闭橱柜里。

在操作中，吸出探针986进入并且排干废料或者残余液体的化验盒200。吸出探针

986可以包含中空管，该中空管流控地连接到提供抽吸的蠕动泵909。另一种选择，

可以经由连接到诸如真空泵的负压源来提供抽吸。在一些实施例中，吸出探针的中

空管是受载弹簧。这个布置向下驱使吸出探针986，直到中空管到达预设置的垂直

止动器或者与化验盒200隔室的底部碰撞，保证所有流体含量被移除，同时使对于

吸出探针986的损害最小化。在一些实施例中，吸出探针的中空管是传导的并且与

液面传感电路通信。这许可该系统验证已经与液体废料接触的吸出探针并且验证它

的成功移除。在替换实施例中，废料通道870可以包含毫尖端吸液管704，并且利

用毫尖端220从化验盒200传送废料流体。

如图14（b）所示，通过吸出探针986将流体传送到液体废料器皿908，蠕动泵

909可以驱动排干动作。在一些实施例中，液体废料器皿908可以被连接到吸出探

针986并且包含到负压源的连接，从而避免使用主动的泵送机构。液体废料器皿

908用于存储废料流体，并且通过管连接到蠕动泵909。在一些实施例中，液体废

料器皿908包含监视存储在其中的液体的水平的填充传感器907。这个填充传感器

907可以是多个传感器类型中的任何的一种，包括浮阀、监视液体废料器皿908的

重量的天平或者电容传感器。在一个实施例中，填充传感器907是光束穿过的光学

传感器。另一种选择，系统可以通过聚合已知的已被排干的每个化验盒200隔室的

填充容量来估计液体废料器皿908的填充水平。蠕动泵909和液体废料器皿908是

废料通道870的功能性配件，但是可以位于废料通道的外面。在替换的实施例中，

液体废料可以从化验盒200被传送到外部排水管，避免在系统上存储液体废料的需

要。

在一个实施例中，废料通道870通过移动用过的化验盒200来起作用，以使得吸出

探针986排干化验盒200的连续的隔室，将排出的流体传送到液体废料器皿908。

在废料通道870中的废料盒滑动架816可以前进，以将隔室移动到吸出探针986之

下的位置，并且导致探针升降机988将吸出探针降低到隔室中。探针升降机988将

吸出探针986降低到隔室中，到足以到达最深隔室的底部的深度。不管实际的深度，

弹簧装载可以在隔室底部停止吸出探针986。这有利于容纳容忍的堆积，该容忍的

堆积可以有助于与隔室深度相关的不确定性。另一种选择，探针升降机988可以有

选择性地将吸出探针986降低到适合于特 定隔室的深度。随着探针升降机988降

低吸出探针986，系统可以监视液面传感器，以便判定隔室的填充水平，并且一旦

吸出探针接触流体，系统就激活蠕动泵909或者其他负压源以便开始排干。一旦吸

出探针组件870排干隔室，液面传感器就可以通过感测下降的填充水平来确认排干

处理的功效。在排干之后，探针升降机988升高吸出探针986，并且盒滑动架816

前进以再安置化验盒200，使得吸出探针与下一个隔室对准。

如图14（c）所示，废料通道870可以包含用于清除化验盒200的固体废料弹出器。

固体废料弹出器与废料盒引导件800对准，并且可以被安排在废料盒引导件的近端

处。固体废料弹出器从盒引导件800接受化验盒200，并且存储该化验盒200用于

操作员移除。固体废料弹出器的部件可以包含在弹出期间接受并且临时容纳耗尽的

化验盒的废料库874、引导耗尽的化验盒以避免堵塞的废料斜槽880、以及保留耗

尽的化验盒的固体废料器皿882。在一些实施例中，废料库874和废料斜槽880可

以被组合成单个部件。固体废料器皿882可以是废料通道116（c）的功能性配件，

但是可以位于废料通道的外面。如图1（d）所示，固体废料92可以被存储在系统

下面的废料橱柜里。系统可以结合减少污染物的无意排放的概率或者使污染物的无

意排放的影响最小化的特征。废料橱柜可以包含紫外线光源。在一个实施例中，废

料橱柜被维持在负压，伴随这进入空气、离去空气或者两者都经过HEPA过滤器。

这种HEPA过滤器可以被安装在歧管中，该歧管经过单个过滤器的不同地区，将

空气流引导到系统的不同配件或者从系统的不同配件引导空气。可以在这种HEPA

过滤器的两侧上监视气压，以便判定HEPA过滤器是否需要被改变。在一个实施

例中，固体废料器皿可以是一次性的。在其他实施例中，固体废料器皿可以是可重

复使用的并且连同一次性的衬垫一起使用。为了帮助确保固体废料的抑制，系统可

以包含箱传感器，该箱传感器监视废料箱的当前容积，当废料箱要求清空时，允许

系统通知用户。在一些实施例中，系统包含废料箱传感器，废料箱传感器允许系统

通知用户在清空之后在废料橱柜中替换废料箱失败。

废料库874可以是细长形的中空体，该中空体在面对盒引导件800的端部开口并且

在耦接到废料斜槽880的底部开口。在一些实施例中，废料库874和废料斜槽880

可以被组合成为了容易清洁而可移除的单个配件。在一些实施例中，随着废料通道

870排干连续的化验盒隔室，废料盒滑动架872移动化验盒到废料库874。一旦化

验盒200全在废料库874内，废料盒引导件990就不再提供支撑；因此化验盒200

经过开口底部下落到连接的废料斜槽880里。在其他实施例中，化验盒200被移动

到废料库874中，而没有从一些或者所有的化验盒200隔室中移除废料液体，这有

效地组合液体和固体废料清除功能，并且简 化系统的操作。

废料斜槽880可以是中空体，该中空体形成大到足以容纳化验盒200的通道。废料

斜槽880的壁可以翻转，使得通道从基本上垂直改变为与废料通道870运动路径的

方向横向并且角度向下的方向。成角度的部分引导化验盒200经过废料斜槽880掉

落，横向进入安排在下方的固体废料器皿882中。这减少了耗尽的化验盒200在固

体废料器皿882之内的不希望的堆积，因为如此引导的化验盒不大可能垂直地彼此

嵌套。当废料器皿仅仅局部地装满时，这有利于阻止化验盒200阻断废料斜槽。为

了进一步分离污染的废料，废料斜槽880可以包含门，当被关闭时，门在固体废料

器皿882和废料通道870之间提供挡板。

因为一旦化验盒离开盒引导件800就垂直地掉落，所以废料通道870的废料盒滑动

架816可能不从正常控制的表面上操纵化验盒。如上面所提到的，在其他处理通道

中，盒滑动架816的推动特征303位于由化验盒200的控制表面248和支撑突出部

218定义的间隔内。在废料通道870中，随着化验盒200掉落，这个布置可能存在

缠住的风险。在较佳实施例中，通过使盒滑动架816从支撑突出部218的远端面推

动化验盒200来阻止这个。在这个布置中，一旦化验盒200在废料通道116之内，

盒滑动架816没有缩回化验盒200的能力，只能使该化验盒前进。这有利于减少归

因于无意地将使用过的化验盒200再引入处理通道116或者传送梭898中的污染或

者系统故障的机会。系统可以通过在盒引导件800内提供足够的空间来进一步减少

缠住的可能性，使得排干的化验盒没有完全进入库。然后下一个化验盒200的接连

的处理可以将先前完全排干的化验盒推动到废料库874中，并且降至废料斜槽

880。

在一些实施例中，系统具有一个以上的引导固体废料到固体废料器皿882中的辅助

的废料斜槽。通过样本吸液管组件700可以易接近一个辅助的废料斜槽，并且该废

料斜槽可以包含被动剥离装置，用于移除在刺穿覆盖化验盒200的保护膜之后的膜

穿孔器268。这个被动剥离装置可以是刚性的、垂直弯成弓形的分叉组件，具有与

样本吸液管组件700的行进路径对准的中心间隔。在这种布置中，样本吸液管组件

700的简单横向移动允许被动剥离装置与膜穿孔器268接合，并且从吸液芯轴728

中平缓地释放它。这有利于许可膜穿孔器的受控的释放到辅助废料斜槽中，其中膜

穿孔器可以具有尖锐的边缘。通过XYZ吸液管1142可以接近辅助的废料斜槽。在

这种实施例中，XYZ吸液管1142可以被用于清除使用过的微尖端542和使用过的

反应容器221。

N.传送梭

图14（d）显示根据本发明实施例的传送梭的立体图。

图14（e）显示与处理通道对准的传送梭。

横穿多个处理通道116的化验盒200的处理可以包含用于在通道之间传送化验盒的

机构。如图1（c）所示，在一些实施例中，使用在传送位置的传送梭118，在处理

通道116之间传送化验盒200。诸如盒装载通道116（f）的一些处理通道可以仅仅

使用传送位置以便卸载化验盒200。诸如废料通道116（c）的其他处理通道可以使

用传送位置，以便仅仅装载或者接受化验盒200。诸如扩增制备通道（116g）、洗

脱通道（116e）以及冲洗通道（116b）的其他处理通道可以在传送位置装载和卸载

化验盒200。在一些实施例中，特定处理通道116的传送位置接近传送梭118运动

路径与那个处理通道的通道运动路径的交叉点。可以通过包括例如台架系统、桥式

吊车、输送带或者带有驱动轮的跑道的任何适合的方法，在通道之间移动传送梭

118。

如上讨论，传送梭118在处理通道116中移动化验盒200。在图14（d）中显示的

实施例中，传送梭898可以包含梭台架908和梭通道892。梭台架908支撑梭通道

892并且在处理通道中移动它。梭通道892可以包含用于检测在处理通道的盒引导

件816上的对准标志900的对准传感器894，确保在梭通道和每个盒引导件之间的

适当对准。类似的对准标志897同样可以被安置在处理通道116的盒滑动架816上。

在一些实施例中，对准传感器894是光学传感器。另一种选择，对准传感器可以被

放置在处理通道116的盒引导件816和安置在梭通道892上的对准标志上。

梭台架908可以是垂直于处理通道116的通道运动路径安排的单轴直线输送。在一

些实施例中，梭台架908包含直线输送，该直线输送包含附接到在行进的方向上延

伸的梭台架的梭跑道896。梭跑道896可以延伸希望行进运行的全长，并且结合梭

驱动890。各种驱动系统可以适合于这个目的，包含导螺杆和螺母、线性电动机或

者气动传动机构。在一些实施例中，梭驱动890包含惰轮，该惰轮在靠近行进的一

个端部被附接到梭跑道896以及连接到驱动皮带轮的固定电动机，其中该驱动皮带

轮在靠近行进的另一端部被附接到梭跑道。同步齿带可以在惰轮和驱动皮带轮之间

延伸，并且连接到梭台架908。驱动皮带轮和惰轮之间的距离是可以调整的，以便

简化同步齿带和安装，并且为了最佳性能而许可张力的调整。梭台架908可以包含

被配置成搁置在一部分梭跑道896上的跑道轴承。在该配置中，电动机的旋转通过

驱动皮带轮驱动同步齿带并且沿着梭跑道896将梭通道892移动到各种位置。另一

种选择，传送梭898可以是任何能够达到诸如旋转式传送、导轨传送、升降机、

XYZ笛卡尔（Cartesian）传送或者关节臂的每个处理通道的结构。

梭通道892可以是类似于一部分盒引导件800的导槽862的U形通道的一部分。

利用 盒引导件800，梭通道892的下壁的内部可以支撑在一侧上的化验盒水平网

（web）以及在另一侧上的盒凸缘906的底表面。在下壁中的开口或者间隔允许化

验盒200的井和垂直网226在梭通道892之下延伸。线性弹簧可以用于在梭通道

892内对准和保持化验盒200。在一些实施例中，如图14（e）所示，梭通道892

包含锥形的或者成角度的引入特征904。这种引入特征904可以用于补偿在梭通道

892和处理通道116的导槽862之间的较小错位，从而防止在传送期间对化验盒

200的损害，并且减少归因于错位的化验盒的系统故障的频率。

在传送梭898如何可以起作用的实例中，梭台架908在第一处理通道中的传送位置

处安置梭通道892。然后第一处理通道的盒滑动架816移动到传送位置以便在梭通

道892中放置化验盒200。然后梭台架908在第二处理通道的传送点再安置梭通道

892。然后第二处理通道的盒滑动架816将化验盒从梭通道892移动到第二通道的

导槽862中。为了简化验盒200的传送，第二处理通道的盒滑动架可以在梭通道达

到之前移动到传送位置。在传送期间，为了减少化验盒200的内容物的飞溅，系统

可以控制传送梭898的传送速度。

在传送梭898如何可以起作用的另一个实例中，具有大于一个梭通道的传送梭在第

一处理通道的传送位置安置第一梭通道。然后第一处理通道的盒滑动架将第一化验

盒传送到传送梭的第一梭通道。然后梭台架再放置传送梭，把传送梭的第二梭通道

与第二处理通道的传送位置对准。然后第二处理通道的盒滑动架将第二化验盒传送

到传送梭的第二梭通道。然后梭台架再安置传送梭以便把第一梭通道与第二处理通

道的传送位置对准。然后为了在第二处理通道内处理，第二处理通道的盒滑动架从

传送梭的第一梭通道中取回第一化验盒。然后梭台架再安置传送梭以便将第二化验

盒传送到另一个处理通道，该另一个处理通道可以是第一处理通道。这个操作可以

被称为盒切换。盒切换可以在单个操作运动时间（pitch）内发生，以下更详细地描

述。在一些实施例中，第一处理通道是盒呈递通道。在一些实施例中，第二处理通

道是加温通道。

图14（g）显示本发明一个实施例的另一传送梭898。在这个实施例中，两个梭通

道892可以被耦接到梭台架908，使得两个盒可以被同时输送。在又一其他实施例

中，三个以上梭通道可以在传送梭中存在。这个实施例是有利的，因为随着越多的

化验盒被传送，可以提高生产率。

输送装置

图15（a）显示根据本发明实施例的XYZ轴输送装置的立体图。

图15（b）显示一部分Y轴输送装置的立体图。

图15（c）显示用于XYZ轴输送装置的Z轴升降机。

图15（d）显示X’轴输送装置。

如图1（c）所示，XYZ输送装置40被安置，以便接近系统的样本处理和样本分析

部两者。根据在图15（a）中显示的本发明的更特定的实施例，XYZ输送装置

1100可以包括多个独立的运动系统。第一个可以是XYZ轴输送设备1132。在一个

实施例中，XYZ轴输送设备1132可以是与吸液臂1136有关（例如，耦接）。

XYZ轴输送设备1132可以在X方向、Y方向或者Z方向上移动。第二独立运动系

统可以是X’轴输送装置1134。在一个实施例中，X’轴输送装置1134可以与用于

接近热循环器1300的滑动锁定操纵器1138有关。另一个独立运动系统可以包含X

轴输送元件1133。它可以包含线性跑道，以及使得XYZ轴输送设备1132在X方

向上移动的驱动装置。又一独立运动系统可以包含Y轴输送元件1131。它可以包

含线性跑道，以及使得X轴输送装置1133在Y方向移动的驱动装置。

吸液臂1136可以沿着系统的主平面的X和Y轴两者移动，并且（如图15（c）所

示）可以包含可以在Z轴上垂直移动的泵滑动架1140。泵滑动架1140可以包含类

似于在系统的一些处理通道116中利用的微尖端吸液管1142。这个吸液管1142可

以被用于装载和脱去微尖端542、吸收在试剂存储单元124和处理通道116之间的

试剂、在反应容器221的底座中安置塞222、并且传送PCR反应容器221往返于热

循环器单元库1200。XYZ输送可以包含促进反应容器的处理的装置，该反应容器

包含能够释放截留在反应容器内部的气泡的混合装置。这种装置包含轨道的混合器、

超声波装置以及转动反应容器的装置。在一些实施例中，XYZ输送可以包含携带

有不同有效容积范围的吸液泵的多个泵滑动架。

系统的替换实施例可以利用用于传送反应容器、反应容器塞和微尖端的专用装置。

这种专用装置可以包含配置成用于“拾取和放置”诸如反应容器、反应容器塞和微尖

端的物品的夹子。

如图15（b）所示，XYZ输送装置1100还可以包含提供位置信息和对于控制器的

反馈的位置编码器以及线性编码器读取器1104。这种编码器的实例包含可以被合

并到台架以及其他支撑结构的磁性线性编码器和被直接合并到驱动电动机1112内

的诸如光电旋转编码器的编码器。

为了在系统上进一步改良移动和定位，吸液管1142可以包含进过吸液管1142或者

诸如一次性使用的微尖端542的吸液管的延伸部，发信号贴近以及接触物体或者流

体的传感电路。以下进一步详细地描述这种传感电路，并且这种传感电路可以响应

传导物体或者流体。其他可能的传感机构包含光学的、声学的以及射频传感器。传

导物体的实例包含传导 吸液管尖端、用于PCR反应容器的传导塞222以及在系统

本身上的传导表面。这个传感电路可以提供传导吸液管尖端542、塞222或者在吸

液管上塞紧的PCR反应容器的存在的确认，并且为了XYZ输送装置1100的位置

校准，允许在系统上使用已知的传导特征。

图15（b）同样显示用于控制到气动系统的空气流的空气阀1106，指示吸液臂

1136的原位置的内部传感器1110，以及用于吸液臂1136的滑动架座架。

XYZ输送装置1100可以包含附加的独立运动系统，该独立运动系统可以包含如上

所述并且如图15（a）和15（d）显示的诸如X’轴输送装置的位置编码器。这种独

立运动系统可以包含滑动锁定操纵器1138，该滑动锁定操纵器1138沿着X’轴移

动，并且可被用于操纵位于它的运动路径内的滑动的盖或者门。在一个实施例中，

滑动盖是热循环器模块的滑动盖子（参见图16（j）-16（m））。

根据本发明实施例的系统可以包括线性跑道，耦接到线性跑道上的吸液臂，以及耦

接到线性跑道并且配置成远离线性跑道延伸并且朝向线性跑道缩回的传动机构。在

一个实施例中，传动机构可以不依赖于吸液臂而沿着X’轴移动。根据本发明的实

施例，X’轴可以与热循环器模块库的长轴平行。图15（d）显示滑动锁定操纵器

1138包含在夹住特征1142中终止的线性传动机构1124的实施例。图15（d）同样

显示了带有旋转编码器、轨道1128和导管盖1122（例如，用于覆盖电线和其他导

管）的X’轴电动机。在替换的实施例中，传动机构是与吸液臂一致移动并且被耦

接到相同的运动机构的滑动锁定操纵器。

气压缸可以导致传动机构1124远离和朝向X轴输送元件1133延伸和缩回。气压

缸可以在任何适合于它的功能的任何轴上延伸。在一个实施例中，气压缸沿着Y

轴延伸。在如上所述的实施例中，该夹住特征1142可以是以气缸的形式，并且可

以可逆地结合热循环器模块（或者其他分析单元）的滑动盖子。在这种实施例中，

XYZ输送可以包含判定这种滑动盖子的位置的传感器。线性传动机构1124的移动

允许系统移动滑动盖子，从而打开或者关闭热循环器模块。线性传动机构1124可

以是气压缸，尽管还可以使用提供线性移动的其他机构，诸如液压缸、线性步进电

动机、蜗轮传动、同步齿带和皮带轮组件，以及电磁铁。

夹住特征1142可以是线性传动机构1124末端的扩展段，该扩展段具有足够的半径

和足够薄的段，以接合在热循环器模块的滑动盖子上的互补特征。在一个实施例中，

X’轴输送装置1134将滑动锁定操纵器1138移动到邻近于热循环器模块的位置。然

后滑动锁定操纵器1138延伸线性传动机构1124以便用夹住特征1142与滑动盖接

合。可以通过逆转这个操作，从滑动盖子中释放夹住特征1142。夹住特征1124可

以具有近似环形的横截面，具有圆形边缘和朝向中心增加的厚度，然而可能是包括

多面体、球状体、锥形截面和形状的 组合的其他几何形状。另一种选择，夹住特

征1124可以合并两个以上的延伸部，该延伸部被动地或者主动地接合可滑动的盖

子上的特征。

滑动锁定操纵器可以被用在本发明的其他实施例中。例如，滑动锁定操纵器可被用

于一方法，该方法包括：用吸液臂（例如，图15（a）中的吸液臂1136）获取反应

容器（例如，图5（c）中的反应容器221），用滑动锁定操纵器（例如，图15（a）

中的1138）打开分析单元（例如，图16（b）中的热循环器模块1300），将吸液

臂与分析单元对准，并且从吸液臂中释放反应容器。因此，在图15（a）中显示特

殊的XYZ输送装置1100。

P.传感器系统

如上面所提到的，系统可以包含传感器系统。在一些子组件中，第二控制器与包含

传感电路的传感器系统有关，该传感电路提供对系统的反馈。在一个实施例中，与

传感器系统有关的子组件是吸液装置。根据本发明实施例的传感器系统可以包括可

以形成一部分吸液装置的芯轴（例如在图15（e）中的元件4110），以及被配置成

判定在芯轴上的延伸元件的特性的传感电路。传感电路包括一个以上耦接到处理器

（例如，在图15（e）中的控制器4600）的传感器通道，该处理器被配置成基于误

差信号判定延伸元件的特性。传感电路可以包括锁相回路（还已知为PLL）、多

个传感通道、处理器或者控制器、以及其他部件。

在图15（e）中显示包括传感电路（例如，液面传感电路）的示范性的传感系统。

根据本发明实施例的传感电路提供指示一部分子组件在什么时候接触或者趋近在介

电常数、传导性或者电磁式（静电的）感应源上的间断性的信号。在介电常数上可

检测的间断性的一个实例是气液界面；为此，这种传感电路可以被称为液体传感器。

在传导性上可检测的间断性的实例包含物理上附接到具有较高电阻率的材料的良好

导体。可检测的电磁感应源的实例包含相对极为接近讨论中的一部分子组件的任何

传导的、充电保持元件。这些在介电常数、传导性或者互电容源、任何单独地或者

组合中的间断性修改被电路“看见的”电容的量，导致信号的可检测的调制或者改变。

例如，可检测的调制或者改变可以被指示作为PLL“误差”信号。

在一些实施例中，传感电路可以是如在射频液体传感器或者RFLS中描述的液面发

送电路。RFLS的一个实例在美国专利第4,912,976号中被找到，在此通过引用将

其全部内容结合，用作所有目的。它描述了基于电容的液体传感电路，该传感电路

包含形成电压控制振荡器中的一部分调谐电路的电抗元件。当前实施例合并相关的

基于电容的液体传感电路，该传感电路包含形成电压控制振荡器中的一部分调谐电

路的分布式电抗元件。电抗元件可以被粗糙地建模作为电容、电阻以及包括电介质

和终端导体的电感。电抗元件不 需要连续地自备或者局部化，但是可以根据申请

改变。可以通过引起对于任何基本成分的改变，例如对于电介质、终端导体或者互

电容环境的改变，来变更（并且因此检测）电抗元件的属性。

在围绕电抗元件的一个终端的局部环境中的改变相当于在电抗元件的电介质中的改

变。当电介质的介电常数改变时，由电路感测的电容可以被变更，导致频率的改变。

频率中的这个改变可以通过与固定频率基准对比而被检测。这种改变指示了电抗元

件的一个终端例如已经遇到了液体。

在一些实施例中，一个电抗元件终端是形成一部分RFLS电路的液体操控探针。另

一种选择，添加在使用之后被废弃的子组件的传导延伸部，电抗元件的一个终端可

以被改变。一次性的传导延伸部元件的实例包含但不局限于毫尖端和微尖端。在这

种实施例中，传感电路可以提供指示传导毫尖端（图6的220）、微尖端（图12

（b）的490）、膜穿孔器（图4（e）中的262）或者反应容器塞（图5的222）成

功附接到吸液芯轴并且随后释放的信号。传感电路还可以被配置成检测在附接到芯

轴的吸液尖端中的不同容量的液体、以及提供关于液体类型的信息。

作为改变互电容环境的实例，液面传感电路的另一个实施例可被用于检测吸液芯轴

（它可以形成一个电抗元件终端）趋近到一个以上的传导目标（它们可以形成其他

电抗元件终端），该传导目标被放置在吸液管的路径内。该趋近可以是图案系列的

移动，该移动包括在3维空间中搜索传导目标，一旦吸液芯轴被带入传导目标的附

近就开始搜索。这种信息在与关于相关的步进电动机的位置的信息组合时可被用于

自动对准系统内的吸液管。传导目标可以是偶然坐落的系统部件或者为了该目的而

合并到系统中的传导目标。传导目标可以包含从系统部件延伸的凸出部。凸出的传

导目标的实例包含实质上平坦的突出部和圆柱形销。另一种选择，传导目标可以是

在另外连续的传导表面中的小孔或者间隔。在传导元件中的任何间断性或者间断性

的阵列可以被用于检测目的。检测的调制信号可以被用于测量对准、附近、接触、

速度、加速度、方向、和振动以及其他参数。这在使机械性能规格的范围特性化上

是有用的。

图15（e）显示根据本发明的一个实施例的传感器系统4000的简化方框图。传感

器系统4000可以被合并到图15（a）中显示的吸液臂1136或者与在图15（a）中

显示的吸液臂1136有关。传感器系统4000可以被配置成进行多个功能，该多个功

能包含液面检测、基础仪器对准功能、吸液尖端（如上所述，或者其他装置检测）

检测和在介电常数、导电性以及电磁（静电）感应源上的间断性的检测。传感器系

统4000包含基于传感器（“PLL传 感器”或者“传感电路”）4100的锁相回路、水平

传感通道4200、第一对准通道4300、第二对准通道4400、直流电（“DC”）传感

通道4500、多路复用器（“mux”）4550、模数转换器（ADC）4560、数模转换器

（DAC）4570、处理器4600、存储器块4620、数字电位计4640、以及输入输出

（“I/O”）端口扩充器4660，所有的都可操作地和/或电力地耦接在一起。PLL传感

器4100包含电抗元件4110、滤波器和继电器块4115、电容感应电阻（“LCR”）储

能电路4120、电压控制振荡器（“VCO”）4130、相位频率检测器（“PFD”）4140、

基准振荡器4150以及滤波器4160。储能电路4120包含第一组变容二极管4124和

第二组变容二极管4122。第一组变容二极管4124经过过滤器和继电器块4115被

连接到VCO4130和电抗元件4110。第一组变容二极管的中点经过DAC4570被连

接到处理器3600。

传感器系统4000可以进一步包括多个传感通道。例如，传感器系统4000可以包括

水平传感通道4200，该水平传感通道包含放大器电路4210和滤波器4220。它还可

以包含第一对准通道4300和第二对准通道4400，该第一对准通道包含放大器电路

4310和滤波器4320，第二对准通道包含放大器电路4410和缓冲器4420。它可以

进一步包含DC传感通道4500，该DC传感通道包含放大器电路4510和滤波器

4520。

电抗元件4110可以包括吸液芯轴，或者与诸如吸液尖端、穿孔器、带有液体的吸

液尖端等等的延伸部元件组合的吸液芯轴。电抗元件4110可以被配置成感测在电

介质周围的改变、并且感测归因于电磁感应的改变。而且，传感器系统4000可以

被配置成判定吸液管芯轴的延伸部元件的特性。例如，电抗元件4110可以包含诸

如膜穿孔器或者反应容器的各自带有不同的电属性的延伸部元件，并且传感器系统

4000可以以任何方式判定延伸部元件是否存在或者已经改变。其他电抗元件4110

和延伸部元件可以被使用，并且得益于这个公开，本技术领域的一个普通技术人员

将知晓和领会。在某些实施例下，电抗元件4110（例如，芯轴）可以具有电阻、

电抗（例如，电容电抗或者电感电抗），或者两者的组合（例如，阻抗）。

PFD4140是配置用于锁相回路应用的多态相位频率检测器，其中，当回路被锁定

时，取得在基准和VCO之间的最小相位频率差。PFD4140被进一步配置成将

VCO4130的频率与基准振荡器4150（即，固定振荡器）的频率进行比较，并且生

成对应差电压或者误差信号。误差信号在幅度和方向中与VCO和基准输出频率之

间的差是成比例的。如下进一步描述的，PLL误差信号（来自PLL传感器4100）

可以被用作传感器系统4000中的所有测量通道（例如，水平传感通道4200）的源。

由PFD140生成的误差信号可以经过滤波器4160被反馈到VCO4130，其中，

VCO4130调整它的操作频率，直到它匹配基准振荡器 4150的频率为止。在这个

“锁定”条件中，误差电压是相对恒定的（没有改变）并且被处理器4600连续地监

视。在一个实施例中，滤波器4160是有源滤波器，以便提供大范围的VCO4130

调谐电压。在一些实施例中，VCO4130或者基准振荡器的操作频率可以相乘或者

相除。在另一实施例中，VCO4130操作频率是储能电路4120、滤波器继电器块

4115以及电抗元件4110的函数。

LCR储能电路4120控制VCO4130的频率并且包含电抗元件4110。这个电抗元件

可以被分配；这种分配的电抗元件在一个实例中包含滤波器块4115。当电抗元件

4110经历电容的改变时，LCR储能电路4120的频率同样改变。LCR储能电路

4120的任何元件（即，电容、电阻或者电感）的改变导致VCO4130频率的改变，

因此改变由处理器4600监控的PLL误差电压。包括吸液尖端触及液体、芯轴紧靠

传导目标经过、以及在芯轴上安置吸液尖端的多个事件可以导致在LCR储能电路

4120的电容的改变。LCR储能电路4120包含起到电压控制电容器的作用的两组变

容二极管。第一组变容二极管4124被配置成调整系统4000的灵敏度。通过对传感

器系统4000的操作点进行调整来改变灵敏度。通过变更在第一和第二组变容二极

管之间相互作用的点来进行灵敏度调整，从而对于电容中的非常小的改变提供非常

灵敏的响应以及对于电容中的大的改变提供较小的响应。例如，归因于PLL锁定

条件，处于高电容的偏压4124迫使4122为低电容。归因于PLL操作的电容4122

中的任何要求的改变要求归因于操作点位置的相对高的电压。这导致提高的灵敏度。

同样地，处于低电容的偏压4124迫使4122为高电容。归因于PLL操作的电容

4122中的任何要求的改变要求归因于操作点位置的相对低的电压。这导致下降的

灵敏度。第一组变容二极管4124被配置成充分利用变容二极管特性曲线的形状来

改进传感器性能，用于大范围的应用。得益于这个公开，本技术领域的一个普通技

术人员将知晓和领会改进传感器4000的灵敏度的变容二极管特性曲线的操作和充

分利用。第二组变容二极管4122被配置成提供可变电压输入来调整VCO4130输

出频率。在替换实施例中，PLL传感器4100被配置成将VCO4130的相位与基准振

荡器4150的相位进行比较，以生成对应的差电压。可以使用电压相位检测器来做

出这种相位比较。在一个实施例中，VCO4130被配置成在6MHz标称频率处操作。

在另一实施例中，基准振荡器4150是晶体振荡器。得益于这个公开，本技术领域

中的一个普通技术人员将领会，进一步的实施例可以包含相位/频率检测器、回路

滤波器、充电泵（与回路滤波器组合）以及储能电路的不同配置，包含附加的主动

或者被动装置。

根据本发明的实施例，滤波器和继电器块4115被配置成过滤掉辐射的和接收的射

频 （“RF”）能量两者。滤波器可以被调谐以校准传感器4000的响应。滤波器和继

电器块4115进一步包含被配置成移除芯轴上的任何潜在电荷、以及如果需要则将

瞬时启动脉冲提供给PLL回路的继电器。

根据本发明的实施例，滤波器4160被配置为多极滤波器或者带有充电泵的积分电

路。滤波器4160被配置成接收PFD4140的输出并且生成与基准振荡器4150频率

和VCO4130频率之间的差成正比的DC误差信号。稳态DC误差水平被反馈到

VCO变容二极管以便维持相对于基准振荡器输出频率的最小相位和频率差。

根据本发明的实施例，水平传感通道4200被配置成，当吸液尖端进入或者离开液

体时，响应被感应的小的PLL误差瞬变。PLL误差信号可以是耦接到可编程增益

的AC、单电源放大器电路4210以及直通滤波器4220。PLL误差信号可以被特性

化为AC耦接的锁相回路误差电压，该误差电压可以是第一误差信号或者第二误差

信号的实例。在本发明的实施例中，放大器可以是非反相配置。在其他实施例中，

滤波器4220可以是多级Sallen-Key低通滤波器。水平传感通道4200的输出被引导

到连接至远程微控制器（例如，处理器4600）的全微分模拟接口（例如，多路复

用器4550）和局部ADC4560两者。这个信号链的时间常数允许传感器系统4000

响应瞬时进入和离开由附接到传导芯轴（即，电抗元件4110）的传导吸液尖端遇

到的液面传感事件。关于进入和离开事件，水平传感通道4200的输出信号被配置

成分别产生正的或者负的信号（相对于中间供应）。在一个实施例中，为了进一步

通过多路复用器4550和/或ADC4560的方式的处理，水平传感通道4200输出信号

被发送到处理器4600。例如，处理器4600被配置成基于水平传感通道4200输出

信号的电学特性来判定电抗元件4110（例如，吸管尖端）是否进入或者离开液体。

为了图解，当吸管尖端（例如，电抗元件4110）没有与其他物体或者介质做接触

时，PLL误差信号在标称值上操作。换句话说，当吸管尖端没有触及任何东西时，

PLL误差信号可以是实质上恒定的电压。如上所述，当吸液进入与液体接触时发生

正信号偏移（例如，正电压“峰值”）。峰值的幅度取决于液体的各种电学特性。水

平传感通道4200被配置成检测正或者负电压峰值，并因此判定吸管已与液体接触。

水平传感通道4200可以具有各种方式来检测正或者负电压峰值。在一个实施例中，

水平传感通道4200将电压峰值（即，与液体接触）的幅度与标称电压（即，没有

接触）的幅度进行比较并且测量差电压。标称电压可以被称为基准电压。在另一实

施例中，水平传感通道4200可以使正基准电压偏离，稍微地高于标称值以便过滤

掉归因于可以在通道上的噪声出现的任何小的正电压峰值。类似地，水平传感通道

4200可以使负基准电压偏离，稍微地低于标称值以便过滤掉归因于在通道上的噪

声的任何 小的负电压峰值。在一些实施例中，传感器系统400可以在存储器块

4620中存储基准值（即，基准电压、偏置基准电压等等）。其他输出信号配置可

以被使用，并且得益于这个公开，将被本技术领域中的一个普通技术人员知晓和领

会。

在某些实施例中，水平传感通道4200同样可以检测延伸部元件（例如，吸管尖端）

的填充水平。例如，某些延伸部元件可以保持某些容量的液体。延伸部元件的电特

性将依据有多少液体存在于延伸部元件内而改变。为了图解，内部没有液体的延伸

部元件可以具有某些电抗，该电抗可以产生出某些PLL误差电压。填充有液体的

延伸部元件可以具有不同的电抗，并因此具有不同的PLL误差电压。水平传感通

道4200被配置成测量和量化在两个电压（包含另一个可检测的水平面和这之间的

误差电压）之间的差。应该注意的是，这个类型的测量不同于检测与液体的初始接

触。如上所述，当延伸部元件进入与液体初始接触时，水平传感通道4200测量在

PLL误差电压中相对于标称值的电压峰值。与此相反，随着延伸部元件中的水分量

改变，水平传感通道4200正在测量标称值中的改变。例如，取决于液体的电学特

性，缓慢添加液体到延伸部元件将导致PLL误差信号（即，标称值）缓慢地增加

或者减少。得益于这个公开，本技术领域中的那些普通技术人员将理解，量化和/

或校准水平传感通道4200，以便基于改变PLL误差信号，精确地测量延伸部元件

的填充水平。在其他实施例中，如以下更详细地描述的一样，DC传感通道4500

可以检测延伸部元件（例如，吸管尖端）的填充水平。

根据本发明的实施例，第一对准通道4300被配置成使传感器系统4000对于仪器对

准目标的响应最优化。放大器电路4310包含AC耦接的、单电源、带有可编程增

益的双级放大器。更具体地说，双级放大器包含紧接着滤波器4320的高增益和低

增益。第一对准通道4300被配置成接收AC耦接的锁相回路误差电压，该误差电

压可以是第一误差信号或者第二误差信号的实例。在一个实施例中，滤波器4220

进行简单的低通功能。第一对准通道4300的输出被引导到连接至远程微控制器

（例如，处理器4600）模数转换器（“ADC”）的全微分模拟接口（例如，多路复

用器4550）和局部ADC4560两者。信号链的时间常数允许传感器系统4000响应

高频率瞬时对准事件，该事件被紧靠传导目标的传导芯轴（例如，电抗元件4110）

的运动所感测。在一个非限制实例中，当芯轴（即，电抗元件4110）靠近传导目

标时，第一对准通道4300的输出信号产生负向响应，并且当芯轴远离目标移动时，

产生正向响应。在一个实施例中，为了进一步通过多路复用器4550和/或

ADC4560的方式的处理，第一对准通道4300的输出信号被发送到处理器4600。

在一个非限制实例中，基于第一对准通道4400输出信号的电学特性，处理器4600

被配置成使传感器系统4000 对于仪器对准目标的响应最优化。在一些实施例中，

放大器电路4310可以包括一个以上放大阶段，并且可以或者可以不包含滤波器

4320。在一个实施例中，通过可编程数字电位计4640来设定放大器增益。

根据本发明的实施例，第二对准通道4400被配置成使传感器系统4000对于仪器对

准目标的响应最优化。放大器电路4410包含AC耦接的、单电源、带有可编程增

益的双级放大器。更具体地说，双级放大器包含紧接着滤波器4420的高增益和低

增益部分。在一个实施例中，滤波器4420进行简单的低通功能。第二对准通道

4400的输出被引导到全微分模拟接口（例如，多路复用器4550）和局部ADC4560

两者，其中模拟接口被连接到远程微控制器（例如，处理器4600）ADC。第二对

准通道4400同样包含可编程的偏离功能。这个信号链的时间常数允许传感器系统

4000响应低频率瞬时对准事件，该事件被紧靠传导目标的传导芯轴（例如，电抗

元件4110）的运动所感测。在一个非限制实例中，当芯轴（即，电抗元件4110）

靠近传导目标时，通道4400产生负向响应，并且当芯轴远离目标移动时，产生正

向响应。在一个实施例中，为了进一步通过多路复用器4550和/或ADC4560的方

式处理，第二对准通道4400的输出信号被发送到处理器4600。在一个非限制实例

中，基于第二对准通道4400输出信号的电学特性，处理器4600被配置成使传感器

系统4000对于仪器对准目标的响应最优化。在一些实施例中，放大器电路4410可

以包括一个以上的放大器阶段，并且可以或者可以不包含滤波器4420。在一个实

施例中，通过可编程数字电位计4640设定放大器增益。第二对准通道4400的增益

可以不同于第一对准通道4300的增益。在另一实施例中，第二对准通道没有包含

滤波器4420。每个对准通道的增益典型地适应于不同的目标应用。

根据本发明的实施例，DC传感通道4500被配置成感测液体、目标、尖端以及一

些环境条件。通道4500被进一步配置成，当它与多个刺激物（例如，液体、固体

以及气体环境、介电常数的改变等等）相互影响时，评估并且跟踪传感器系统

4000的性能。根据本发明的一个实施例，DC传感通道4500包含放大器电路4510，

该放大器电路4510包括DC耦接的、单电源、被配置成比较PLL误差信号和可编

程基准偏电压并且放大该差的全微分放大器。得到的差信号经过滤波器4520。DC

传感通道4500被配置成接收DC耦接的锁相回路误差电压，该误差电压可以是第

一误差信号或者第二误差信号的实例。在一个实施例中，滤波器4520是低通滤波

器。DC传感通道4500的输出被引导到全微分模拟接口（例如，多路复用器4550）

和局部ADC4560两者，其中模拟接口被连接到远程微控制器（例如，处理器4600）

ADC。信号链的时间常数允许传感器系统4000响应瞬时事件和稳态条 件两者，两

者被紧靠传导芯轴或者探针（例如，电抗元件4110）的运动或者静态条件所感测。

此外，DC传感通道4500产生连续的DC输出信号，允许它感测效果，诸如安装在

芯轴上的尖端的具有半持久性，诸如吸管尖端的延伸部元件的填充水平等等。例如，

芯轴尖端可以变更电抗元件4110的电学属性，从而导致在DC通道输出电压上的

移位。DC基准偏压可以被编程，以便补偿在PLL误差信号中的这种半持久性改变。

在一个实施例中，为了进一步通过多路复用器4550和/或ADC4560的方式处理，

DC传感通道4500的输出信号被发送到处理器4600。在一个非限制实例中，基于

DC传感通道4500输出信号的电学特性，处理器4600被配置成感测液体、目标、

尖端以及环境条件。为了图解，在内部没有液体的芯轴上的延伸部元件可以具有某

些电抗，该电抗可以产生出某些PLL误差电压。DAC4570可以采用DC基准偏压

来为延伸部元件的电抗做补偿。一旦填充，填充有液体的延伸部元件可以具有不同

的电抗，并因此具有不同的PLL误差电压。DC传感通道4500被配置成测量并且

量化在两个电压（补偿单独属于延伸部元件的PLL误差电压和属于包含填充液体

的延伸部元件的PLL误差电压的基准偏压）之间的差。在一些实施例中，这可以

包含比较DC传感通道4500的输出和由校准程序建立的一个以上的存储的基准值。

得益于这个公开，本技术领域中的那些普通技术人员将理解，量化和/或校准DC

传感通道4500，以便基于PLL误差信号来精确地测量延伸部元件的填充水平。另

一种选择，其他放大器和滤波器配置可以被使用，并且得益于这个公开，被本技术

领域中的一个普通技术人员所知晓。

DAC4570被配置成调整传感器灵敏度、对准通道偏离、DC通道偏离以及DC通道

基准。在一个实施例中，DAC4570是4通道装置。局部ADC4560是安置在传感器

板（没有显示）上的8通道装置，被配置成从先前讨论的各种通道（例如，第一对

准通道4300）中采样传感器信号。ADC4560包含附加功能，以便基于传感事件产

生对于诸如处理器4600的微控制器或者有关计算机的中断。

多路复用器4550可以包括配置成引导各种传感器信号（例如，从第一到第二对准

通道）到两个模拟微分缓冲器的一个的两个多路复用器。这些模拟通道被远程地

（离开PCB）连接到微控制器（处理器4600）的ADC。

处理器4600操控与传感器系统4000（例如，实现吸液功能）有关的系统通信和信

号处理任务。而且，处理器4600提供接口到传感器系统4000，用于通信和数据管

理任务，并且处理器4600可以是远程的或者局部微控制器。处理器4600可以被配

置成经过MUX4550或者从来自ADC4560的数字输出接收模拟输出（例如，从水

平传感通道4200）。如 图15（e）所示，处理器4600被进一步配置为数字化模拟

信号，并且提供附加控制功能到包含第二对准通道4400和DC传感通道4500的各

种通道。在实施例中，处理器4600在相同模块中作为传感器板（没有显示）。

在一个实施例中，处理器4600被配置成与存储器块4620、数字电位计4640以及

I/O端口扩充器4660通信。存储器块4620被配置为用于数据存储的局部存储器。

如上所述，数字电位计4640被配置成调整测量通道增益。I/O端口扩充器4660被

配置成应用控制到多路器、继电器块以及相位频率检测器（没有显示连接）。

包括使用PLL电路检测探针阻抗的本发明的实施例具有许多优点。如上所述，电

抗元件4110（例如，探针）的阻抗，以及通过延伸部在储能电路4120处测量的阻

抗来判定VCO4130的操作频率。阻抗描述了相对的交流电（AC）的测量，该测量

包括电压（V）和电流（I）的相对振幅和相位的测量。阻抗典型地具有可以被描

述为电阻（R）加上电抗（X）的复合元件。电抗可以例如是电容或者电感电抗。

典型地，为了测量探针的阻抗，需要AC信号源、源电压测量以及电流测量。电流

测量可以被转变为第二电压测量（经过I-V转换），其中得到的测量可以以向量坐

标（幅度和相位）被表现。因而，PLL传感器4100提供非常适合于进行阻抗测量

的方便结构，因为它可以被配置成自动地对准相位并进行单电压测量，以便以高精

确度指示由传感器系统4000所要求的复合阻抗（R+iX）的任何改变。

本发明的实施例可以结合多个特征，该特征可以导致在介电常数、传导性或者电磁

感应源的传感间断性上的分布的电抗元件的成功利用。

1.传感电路可以使用能够检测瞬时和稳态信号两者的AC和DC模式的操作。当仅

仅寻找在诸如进入或者离开液体时的噪声存在中的改变或者瞬时事件时，AC模式

是有用的。当需要条件连续跟踪时，DC模式是有用的。例如，这可以发生在芯轴

被跟踪以便判定它是否触及或者附接（不同程度）到任何传导元件时。这些模式可

以在不同的传感器灵敏度上应用。例如，DC模式在以高灵敏度量化环境效应中是

有用的，同时在低灵敏度处，DC模式对尖端检测是有用的。

2.传感电路可以结合用于调整灵敏度而不调整增益的方法。这在提供提高的噪音性

能的同时，允许非常大范围的带有相同硬件的传感应用的适应。它同样允许硬件在

外部进行它的正常预期的应用范围，因此延伸它的有用性。这个通过电压依赖性电

容来完成。在pn弯曲部的两侧上电荷之间的空间的电压依赖性可以被用于促进灵

敏度调整。

3.电抗元件的一个终端的实现以提高噪音性能的方式结合防护。这在传感器和芯轴

之间的天线接线上强加特定的长度。

4.在这个实施例中的电子开关装置的包含允许多个附加功能，该功能包括吸管芯轴

的放电以及用于相位锁定环路的可靠启动的机构。

Q.热循环器模块

如上面所提到的，PCR或者“聚合酶链反应”参考用于通过紧接着DNA双链体的变

性以及新DNA双链体的形成的酶复制的重复循环来扩增DNA的方法。可能通过

变更DNA扩增反应混合物的温度来进行DNA双链体的变性和复性。实时PCR参

考PCR处理，在该PCR处理中，与反应中的扩增DNA的量相关的信号在扩增处

理期间被监控。该信号经常是荧光；然而，可能是其他检测方法。在示范性的实施

例中，PCR子系统采用制备的和密封的反应容器，并且进行完全实时地聚合酶链

反应分析，多次热循环样本并且报告每个循环的发射的荧光的强度。

PCR子系统可以包括多个子系统，该子系统包含光学激发子系统、光学检测子系

统、包含塞的PCR反应容器、一个以上热循环器模块1300以及热循环器库1200。

可以通过诸如XYZ输送装置的输送装置来支撑PCR子系统。

在本发明的实施例中，热循环可以参考一个完全的扩增循环，其中，通过时间对比

温度分布图移动，同样称为温度分布图，包括：加热样本到DNA双链体变性温度、

冷却样本到DNA退火温度、以及用激发源来激发样本同时监控发射的荧光。典型

的DNA变性温度可以是大约90℃到95℃。典型的DNA退火温度可以是大约60℃

到70℃。典型的DNA聚合温度可以是大约68℃。在这些温度之间的过渡所要求

的时间被称为温度上升时间。理想地，每个热循环将通过两个因素中的一个因素来

扩增核酸的目标序列。然而，在实际中扩增效率经常小于100%。

系统可以包括一个以上的分析单元。在一些实施例中，分析单元可以包括热循环器

模块。例如，一个以上的热循环器模块可以被收容在称为热循环器库的硬件结构里，

该热循环器库为每个热循环器模块提供电力、通信以及底板座架。热循环器库可以

收容大约20个热循环器模块，但是数量可以依赖于系统的处理量要求来变化。

反应容器可以参考含有来自病人样本的RNA或者DNA的塑料消耗品，目标序列

特定引子和探针，包含新的DNA链的合成所必需的核苷酸单体和酵素的“主要的

混合”，以及处理控制材料。小流体容量促进快速传热，所以包含在反应容器中的

总液体容量最小。典型的容量可以是40μL到50μL。

通常，热循环器模块可以：（1）接受带有样本和试剂的制备的并且密封的反应容

器，（2）按压容器到温度控制的热块，（3）通过定义的温度分布图快速地循环块

和关联的样 本，（4）在温度循环的合适部分使样本暴露到一个以上的激发光源，

和（5）容纳要被发送到检测器的发射荧光的光学收集路径。

如下进一步详细地显示，在PCR反应容器内进行实施PCR的热循环器模块可以包

括带有接收PCR反应容器器具的热块。滑动盖子可以覆盖热块，并且可以具有打

开位置和闭合位置，滑动盖子在打开和闭合位置之间纵向移动。它同样可以包含激

发光学组件，激发光学组件位于热块的下面。它可以进一步包含发射光学组件，该

发射光学组件邻近热块。这些组件的场所在一些实施例中可以被颠倒。

图16（a）显示热循环器模块1300的侧立体图。热循环器模块1300包括以矩形盒

状结构的形式的外壳1312。矩形盒状结构可以允许大量的热循环器模块被放置在

相对小的区域中。尽管热循环器模块1300是盒状结构的形式，但是它可以是任何

其他适合的形状或者配置。

激发光学组件1304被用于将激发辐射提供到热循环器模块1300中的样本。发射光

学组件1302被用于从热循环器模块1300的样本中接收并且传输发射辐射。激发光

学组件1312和发射光学组件1302两者被机械地以及可操作地耦接到外壳1312。

图16（b）显示热循环器模块的侧横截面视图。热循环器模块1300的外壳1312可

以包含外壳凹口1312（a），该外壳凹口1312（a）可以被协作地配置成接收滑动

盖子1315。滑动盖子1315可以包括主体1315（a），该主体1315（a）可以限定

腔室1341。诸如弹簧的偏置元件1344可以被附接到主体1315（a）的上部。挤压

头1342可以被耦接到偏置元件1344，并且可以相对于偏置元件1344的取向被正

交地定位。如以下将要进一步详细说明的，挤压头1342可以在反应容器221上向

下推动，使得它与包括热块的热块组件1311处于良好的热接触。在热循环器模块

1300中的电子和风箱组件1313可以加热并且冷却热块组件1311中的热块，从而

加热并且冷却反应容器221中的样本。当反应容器221中的样本正在经受热循环时，

来自激发光学组件1304的光可以提供光到反应容器221中的样本。从反应容器

221中的样本发射的光可以通过发射光学组件1302而离开热循环器模块1300。

图16（c）显示带有多个热循环器模块1300的库1200。库1200可以包括多个线性

库轨道结构1200（a），并且这些库轨道结构1200（a）中的相邻对可以限定库端

口1200（b）。轨道结构1200（a）可以是倒“T”形梁的形式，该梁可以啮合热循环

器模块1300中的侧凹口。库1200可以保持一个、两个、三个、四个或者五个以上

的热循环器模块1300。在系统上的热循环器模块1300的数目可以被最优化，以解

决处理量需要。在一个实施例中，热循环器库1200含有20个热循环器模块1300。

它们可以相互对准并且可以形成紧凑的阵 列。在另一实施例中，热循环器库可以

以径向或者环形的排列保持热循环器模块1300。热循环器模块1300可以搁置在底

座1202上，该底座1202可以具有形成在其中的多个狭槽1204。狭槽允许激发光

学组件1304的光缆穿过。

如上提到的，热循环器库1200提供电力、通信、以及在系统内紧固热循环器模块

1300（例如，PCR单元格）的底板座架。收容在热循环器库1200中的热循环器模

块1300的数目可以是系统要求处理量的函数。在一个实施例中，热循环器库1200

收容大约20个热循环器模块。热循环器库1200同样可以合并诸如LED的指示器

（没有在图16（c）中显示），该指示器指示单独的热循环器模块1300的状态。

这些指示器可以给用户提供诸如颜色的视觉提示，该视觉提示表明在热循环器模块

1200内的当前温度或者温度分布图的一部分。通过一个以上的印刷电路板提供电

力和通信。

参考图16（b），热循环器模块1300同样可以包含滑动盖子1315，该滑动盖子

1315在热循环期间通常被闭合，但是打开以便提供对于热块组件1311的热块的接

近。在一个实施例中，滑动盖子1315可以是在热循环器模块1300的顶部滑动的滑

动锁定盖子，该锁定盖子平行于系统的平面移动。滑动盖子1315的运动可以被利

用以便进行除了闭合热循环器模块1300以外的辅助操作。这种操作包含在热块组

件1311的器具内安装反应容器221，从热块组件1311的器具中释放热循环器模块

1300，当滑动盖子打开时操纵减少进入检测光学的周围光线的量的光学遮光板机构，

并且提供可以被用于系统的光学子系统的对准的荧光目标。

图16（d）显示可以被替换地称为遮光板元件1320的光学遮光板，该遮光板元件

1320可以被合并到滑动盖子1315内。它包含窄的第一部分1320（a），以及与第

一部分1320（a）形成一体的较宽的第二部分1320（b）。较窄的第一部分1320

（a）是在较宽的第二部分1320（b）的一端的中部。热循环器遮光板元件1320可

以由任何适合的材料（例如，金属、塑料等等）组成，该任何适合的材料可以弯曲

并且可以具有弹力。

图16（e）显示带有处于闭合位置的遮光板元件1320的一部分热循环器模块的立

体图。遮光板元件1320的第一部分1320（a）可以被安置在一对光学元件之间，

并且可以靠近热块组件1311。

图16（f）显示当对应的滑动盖子1315处于打开位置时，带有处于闭合位置的遮

光板元件1320的一部分热循环器模块的内部侧视图。滑动盖子是可移动盖子的实

例。其他类型的可移动盖子可以移动，但不需要滑动。如图显示，滑动盖子1315

可以具有内部的凹口1315（c），该凹口1315（c）可以接收遮光板元件1320的第

二部分1320（b）。在热循 环器模块1300中的紧固元件1321可以紧固第二部分

1320（b）的端部。结果，较窄的第一部分1320（a）提起，光可以从反应容器221

的样本中经过到光发射光导管1401。

图16（g）显示当对应的滑动盖子处于打开位置时，带有处于闭合位置的遮光板元

件1320的一部分热循环器模块的内部侧视图。如图显示，滑动盖子1315的底表面

在遮光板元件1320的第二部分1320（b）上向下推动，使得第一部分1320（a）被

向下推动。此后，第一部分1320（a）阻断任何光进入发射光导管1401。当热循环

器模块打开并且没有在使用时，这个配置有利地阻止慢射光进入下游的光学检测系

统（没有显示）。

在其他实施例中，当热块组件被暴露时，而不是当热循环器模块1300不在使用中

时，遮光板元件1320防止慢射光进入下游光学检测系统。例如，为了在系统的其

他地方容纳XYZ吸液管的调度，打开的热循环器模块1300可以在使用中，以临时

地保持反应容器221。

图16（h）-1显示滑动盖子1315的内部部件的局部的内部立体图。图16（h）-2

显示滑动盖子1315的侧立体图。滑动盖子1315可以包含主体1315（a），该主体

1315（a）可以限定细长的孔径1341（在图16（h）-1上显示该孔径的一半）。细

长形的孔径1341可以收容耦接到挤压头1342的偏置元件1344。用于接收反应容

器（没有显示）的孔径1340在滑动盖子1315的顶部。孔径1340允许反应容器穿

过滑动盖子1315。

图16（i）-1显示热循环器模块中的滑动盖子1315的侧横截面视图，其中滑动盖

子1315处于闭合位置。如图所示，滑动盖子1315的前部配合到热循环器模块外壳

1312的外壳凹口1312（a）。被偏置元件1344推动的挤压头1342在反应容器221

上向下推动，从而迫使它到加热块内并提供与加热块良好的热接触。在一个实施例

中，当滑动盖子1315闭合时，挤压头1342与反应容器221接触。

图16（i）-2显示热循环器模块中的滑动盖子1315的侧横截面视图，其中滑动盖

子1315处于打开位置。为了移动滑动盖子1315到可选位置，该滑动盖子从外壳凹

口1312（a）中被收回。当滑动盖子被收回时，挤压头1342不再与反应容器221

接触，并且不再施加向下的压力。另外，当滑动盖子1315被收回时，向上呈锥形

的隆起部在较宽的容器塞第三部分222（c）上向上推动，使得隆起部被向上推动，

从而从热块组件1311的热块中脱离反应容器221。因为反应容器可以以与热块密

切接触状态被向下推动延长的时间，所以在热循环之后它难于从热块中移除。在图

16（i）-2中显示的设计有利地并且高效地提供了反应容器221从热块中的自动分

离。

系统可以利用带有夹住特征的执行器以便打开或者闭合滑动盖子1315。图16（j）

-16（k）显示被配置成操纵滑动盖子的夹住特征。如上所述，夹住特征1350（a）

在本发明的 一些实施例中可以是XYZ台架的一部分。如这些图中所示的，夹住特

征1350（a）可以处于图16（j）中的缩回位置。在图16（k）中，夹住特征1350

（a）处于延伸位置并且被操纵为使得它处于两个热循环器模块之间。然后它横向

移动以便啮合滑动盖子1315的端部。如图16（l）和16（m）所示，在它啮合滑

动盖子1315的端部之后，它可以缩回并且同样可以拉动滑动盖子1315，从而使滑

动盖子1315离开先前描述的热循环器组件中的外壳。

图16（n）显示激发光学组件侧横截面视图，该激发光学组件处于热块组件1311

的热块1311（a）的下面的位置。热块1311（a）还可以限定热块器具，该热块器

具可以包含反应容器221并且与反应容器221协作地构造。激发光学组件可以位于

反应容器221的下面。

参考图16（a）-16（n）更详细描述以下操作。滑动盖子1315的一个辅助操作可以

是在热循环器模块1300的热块组件1311的器具之内安装反应容器221。通过在热

块组件1311和反应容器221的表面之间的紧密接触来促进热传送。当向下垂直力

被施加到插入的反应容器221时，热块组件1311的器具的圆锥形状可以提供希望

的接触。

可以由包括偏置元件1344的滑动盖子1315提供该向下力。偏置元件1344可以与

热块组件1311重叠。它可以包括一段弹力管、弹簧、气压缸或者其他适合的装置。

在一个实施例中，偏置元件1344可以被插在以挤压头1342形式的弯曲力引导器和

滑动盖子1315顶部的内表面之间。如图16（i）所示，挤压头1342和偏置元件

1344可以被安置在滑动盖子1315内，以便在滑动盖子1315处于闭合位置时，力

引导器的顶点被朝向热块定位，并且被安置在热块的器具221上方。在这个配置中，

如果反应容器221在热块组件1311的器具中被啮合，则挤压头1342随着1315闭

合而被向上推动。来自偏置元件1344的电阻对容器塞222的顶部坚持向下的力，

该向下的力将反应容器221推动到热块组件1311的器具中，稳固地固定反应容器

底座248中的容器塞222和热块1331中的反应容器221两者，并且在热循环期间

将反应容器221保持在恰当的位置。引导到反应容器221的力的量可以是五磅以上，

较佳的是12磅左右。

可以通过其他机构施加向下力。滑动盖子1315可以包含厚度在纵向上增加的倾斜

面，该倾斜面被定位，以便当滑动盖子被闭合时，倾斜面接触反应容器221并施加

力到反应容器221。滑动盖子1315可以收容一段线性弹簧，该线性弹簧被安置为

接触反应容器221并且对反应容器221施加向下力。在另一实施例中，当滑动盖子

1315闭合时，滑动盖子1315可以合并线性执行器，该线性执行器被安置为对准反

应容器221。

在热块组件1311的器具内的反应容器221的稳固安装对于最佳传热是希望的。然

而这个实践可以导致在热循环之后难以移除反应容器221。滑动盖子1315的运动

可以被利用以 确保可以从热块组件1311中释放插入的反应容器221，用于在系统

的其它地方传送。例如，使用XYZ输送装置的吸液管组件，可以取回反应容器

221。

如图16（i）-1中所示，在一个实施例中，滑动盖子1315包含之间位于热块组件

1311上方的盖子底板。盖子底板1347可以包括细长形的孔径1341，该细长形的孔

径1341包括近末端、远末端以及在近末端和远末端之间延伸的平行边缘。当滑动

盖子1315处于闭合位置时，细长形的孔径1341的远末端可以与热块组件1311的

器具对准。细长形的孔径1341的横向边缘的厚度可以从细长形的孔径1341的远末

端到细长形的孔径1341的近末端渐进地增加，以便形成锥形的隆起部1346，该锥

形的隆起部1346可以啮合反应容器221的顶部，其中反应容器221被安装在热块

组件1311的器具中。盖子底板1347可以被定位，使得当滑动盖子1315从闭合移

动到打开位置时，这个锥形的隆起部啮合并且提供向上的推动到插入的反应容器

221。这个推动足够在热循环之后，使热块组件1311的器具内的反应容器221松开，

允许XYZ输送装置的吸液管组件啮合反应容器221，并且从热循环器单元格1300

中移除反应容器221。小孔1351可以设置在滑动盖子1315中，以使XYZ输送装

置可以取回反应容器221。

如图16（f）和16（g）所示，滑动盖子1315在被闭合时可以用于阻碍可能干扰检

测的外部光进入热循环器模块1300。当多个热循环器模块1300被使用时，外部光

进一步可能进入到打开的热循环器模块1300的检测光学，在邻近的闭合的热循环

器模块1300中干扰进行的测量。在一个实施例中，热循环器模块1300可以进一步

包括可以是弹簧遮光板的遮光板元件1320。遮光板元件1320被放置为接近热循环

器模块1300的检测光学组件。遮光板元件1320响应滑动盖子1315的移动并且可

以是有弹力的。滑动盖子1315移动到打开位置可以移走遮光板元件1320，使得它

延伸到检测光学组件内，阻碍至少一部分周围光进入检测器。滑动盖子1315移动

到闭合位置可以随后允许遮光板元件1320从检测光学组件中缩回，在热循环期间

许可来自反应容器221的荧光的测量。

滑动盖子1315可以具有不依赖于它的移动的附加的辅助功能。滑动盖子1315可以

包含可用于校准系统的光学子组件的荧光目标，因为当在热块组件1311的器具中

没有啮合的反应容器221时，部分荧光目标可以在发射和检测光学的范围内。荧光

目标可以是诸如包括合适的荧光材料的挤压头1342的弯曲力引导器。另一种选择，

为了简化制造处理，整个滑动盖子1315可以包括荧光材料。适合的荧光材料包含

荧光聚合物和带有荧光涂层的结构材料。同样地，滑动盖子1315在一些实施例中

还可以包括加热器。这种加热器可以被用于防止冷凝液在反应容器221内形成，该

反应容器221在热块组件1311的器具中被啮 合。

图16（o）显示热块组件的侧立体图。图16（p）显示热块组件1311的顶部立体图。

如在其中显示，热块组件1311可以包含热块1311（a），附接到热块1311（a）的

薄膜加热器1319，以及横向孔径1362。热块1311（a）可以限定用于反应容器

（没有显示）的器具1311（b）。横向孔径1362可以允许光从样本经过到热块

1311（a）中的反应容器下游的检测光学。温度感测元件1364可以与热块1311（a）

有关。这些可以被用于测量热块的温度或者保持在其中的反应容器的温度。可以从

热块的温度直接地确定或者得到反应容器或者它的内容物的温度。温度感测元件包

含热敏电阻和热成像装置。

在本发明的实施例中，热块1311（a）可以包括支持反应容器的快速热循环的任何

适合的特性。例如，它可以包括用于传送热能的实质上平坦的热质量，以及用于形

成具有容器的热接触表面的器具。该器具可以包括圆锥形状的并且具有上开口和下

开口的截头锥体，器具被附加到热质量的前表面。热块可以由诸如铜、铜合金、铝、

铝合金、镁、金、银或者铍的高导热材料组成。热块可以具有大约100W/mK以上

的热导率以及大约0.30kJ/kgK以下的比热。在一些实施例中，热块具有在大约

0.015英寸和大约0.04英寸之间的厚度。它同样可以具有多个传热片。热块同样可

以包括提供热量的加热元件，该热量被传送到反应容器。加热元件可以是附加到平

坦热质量的后表面的薄膜加热器，尽管还可以使用诸如电阻加热器、热电装置、红

外发射器、加热的流体流或者在与热块热接触的通道内含有的加热流体的其他热源。

热块同样可以包含一个以上的与控制器一起被使用的温度传感器，该控制器通过例

如PID回路来控制热块的温度。这些温度传感器可以被嵌入在热块中。热块可以

包括光学孔径，其中该光学孔径被安置以便许可光学通信穿过平坦的热质量到器具

的内部。这个孔径可以用作用于检测光学的光学窗。

热块1311（a）的器具还可以具有对于紧固反应容器并且确保与反应容器良好热接

触所必需的任何适合的特性。例如，在一些实施例中，圆锥器具1311（b）的壁具

有大约1度到10度的角度，大约4度到大约8度的角度或者大约6度的角度。器

具缩减的内径确保随着反应容器被按压到热块的器具内时，反应容器的外部与器具

的内部的密切接触。热块1311（a）的器具同样可以具有上开口和下开口。上开口

允许反应容器的插入。下开口允许反应容器在器具1311（b）内紧密配合，而不管

容器长度的变化，该容器长度的变化可以是制造处理的结果。下开口同样可以充当

用于激发光学的光学窗。热循环器模块1300可以包含诸如包围所有或者部分热块

的O型环密封件或者密闭容器的密闭特征，以便减少来自被保持于器具1311（b）

中的反应容器的污染的风险。

热循环器模块1300还可以包括任何适合的光学部件。激发光学可以包含与光源进

行光学通信的光纤以及将从激发光纤的末端发射的光引导到热块器具中啮合的反应

容器的透镜。另一种选择，可以通过光源来提供激发光，该光源被合并到热循环器

模块内，并且在没有中断光纤的情况下与在热块的器具中啮合的反应容器光学通信。

适合的光源包含但不局限于激光、LED、以及其他高输出光源。为了模拟白光，用

于激发的LED可以发射本质上地单波长或者发射多波长。多个单色LED可以被用

于提供不同频率的激发光。检测光学可以包含与位于系统的其他地方的检测器光学

通信的光纤以及透镜，该透镜将从热块器具中啮合的反应容器发射的光引导到检测

光纤末端。来自多个热循环器模块的检测光纤可以被引导到单个检测器。另一种选

择，检测光纤可以与检测器有关，该单独的检测器与特定热循环器模块有关。在另

一实施例中，检测器可以被安装在热循环器模块的壳体内，并且被放置成在没有中

断光纤的情况下与啮合在热块的器具中的反应容器光学通信。适合的检测器包含但

不局限于1D CCD、2D CCD、光电倍增管、光电二极管、雪崩光电二极管以及硅

光电倍增器。检测器同样可以包含干扰滤波器、衍射光栅或者用于将发射的光分离

成为离散波长的类似装置。当热循环器模块的内部被暴露时，检测光学同样可以包

含阻碍光进入检测器的遮光板机构。

本发明的实施例还可以包含用于激发和发射光学组件的光学箱。这些光学箱用于保

护透镜、光学滤波器以及与激发和发射光学有关的波导管。光学箱还可以包含促进

激发和发射热循环器中的光学的安装和对准的特征。光学箱可以具有在外表面中的

圆周槽。这种圆周槽许可光学箱利用结合到热循环器中的闭锁机构被保持在恰当的

位置中。在一个实施例中，闭锁机构是受载弹簧门闩。在这种实施例中，用户可以

按压热循环器的受载弹簧门闩以便移除或者安装光学箱。光学箱可以是旋转对称的，

以致它们不是特定定位。在一个实施例中，激发光学箱是结合透镜、光学滤波器以

及与激发光学有关的波导管的圆柱形主体，该光学箱具有与热循环器的闭锁机构接

口的圆周槽，并且发射光学箱是结合了透镜、光学滤波器以及与发射光学有关的波

导管的圆柱形主体，该光学箱具有与热循环器的闭锁机构接口的圆周槽。这种光学

箱的使用简化了光学部件的替换，并且在没有拆卸热循环的情况下许可透镜的清

洁。

图16（q）显示在热循环器模块中保持发射光学组件1357的热循环器弹簧门闩以

及利用激发弹簧门闩1339被保持在恰当的位置中的激发光学组件1359。弹簧门闩

1337、1339可以被压缩，从而移除顶着发射和激发光学组件1357、1359的任何偏

置力，并且允许他们容易地被用户移除。

更具体地说，弹簧门闩1337、1339可以各自包括与头部1337（c）、1339（c）一

体形成的底座1337（b）、1339（b）。诸如弹簧的偏置元件1337（a）、1339（a）

可以推底座1337（b）、1339（b），以便将头部1337（c）、1339（c）偏置到发

射或者激发光学组件1357、1359中的槽（或者其他类型的凹口）1357（a）、1359

（a）中。为了移除光学组件1357、1359，用户可以在底座1337（b）、1339（b）

上简单地向下按压，从而从槽1357（a）、1359（a）中收回头部1337（c）、1339

（c），使得它们从热循环器模块1300脱离。

热循环器模块1300还可以包含一个以上的可寻址存储器单元，其中可寻址存储器

单元存储对于热循环器模块特定的信息（例如，光学对准信息）。存储器单元可以

是I2C存储器块，每个存储器块带有大约32kbits的容量。单独的存储器块可以具

有不同的功能。例如，一个存储器块可以是写保护的存储器，该写保护的存储器用

于存储对于那个热循环器模块特定的序列号和制造测试数据，其中不同的存储器块

可以具有读/写存储器，该读/写存储器用于存储热循环器模块校准信息、温度超标

和未达标信息、以及那个热循环器模块内的各种部件的性能循环的数目相关的信息。

典型的性能循环可以是加热器循环的数目、风箱循环的数目、以及完成的热循环的

总数。

这些同样是热块组件的替换配置的数目。在一个实施例中，热块组件将反应容器保

持在一端处的加热装置的附近，并且具有与用于冷却的风箱一起使用的延伸的冷却

“尾部”区（有或没有散热片）。在另一实施例中，热块组件可能在一个末端保持反

应容器，并且具有延伸尾部，该延伸尾部具有在一侧上的薄膜以及在另一侧上的带

有冷却片，带有引导冷却空气到非加热侧的风箱。其他实施例可以包含带有保持反

应容器的中央腔室的圆柱形热块，在外表面上的散热片的螺旋形排列，以及紧贴气

缸表面的螺旋形电阻加热器，该气缸表面暴露在冷却片之间。在又一个实施例中，

可以通过一排围绕反应容器的电阻加热电线来替换热块，主要通过辐射和对流来进

行加热。

虽然引导空气流的风箱可以被用于冷却热块，但是在本发明的其他实施例中，可以

通过热导管来提供冷却，该热导管被结合到热块组件中，并且与位于系统其他地方

的大的吸热设备和风扇组件热交流。本发明的其他实施例可以包括相对大的热质量

的使用，该热质量被移动（经由气压缸、旋转电动机、电磁铁、线性执行器、机械

联接或者其他合适的手段）为与热块物理接触，以便提供快速的冷却。本发明的其

他实施例可以包括可以代替冷却的风箱使用的强加的/加压的空气流。

R.热循环器模块控制

图17（a）显示图解根据本发明实施例的热循环器模块2100的一些部件的示意方

框图。 热循环器模块2100可以包含电源2105。在一些实施例中，电源在热循环器

模块2100的外部。

电源2105被连接到热块组件2110。热块组件2110可以包含能够提供热量的部件

（例如，加热器）。诸如风扇的冷却装置2112同样可以被耦接到电源2105。示范

性的热块组件1311已连同图16（b）被描述。热块组件2110和/或冷却装置2112

可以以二进制方式（打开或者关闭加热或则冷却）或者以连续的方式操作，借此，

不同的施加电压导致不同程度的有效加热和冷却。

由电源2105输出的电压可以至少部分地被从例如内部处理器和内部存储器2115和

/或外部来源（例如，信号经由无线接收机2120被传输）接收的电压信号所控制。

在一个实施例中，内部存储器包含可以被传输到电源2105的预定的（例如，测试

的）电压信号。在一个实施例中，电压信号从外部来源（例如，外部计算机系统）

被接收。在一个实施例中，初始信号（例如，电压信号或者温度信号）从来源（例

如，从温度测量部件2135a）被接收，并且在处理器和存储器单元2115中的处理

器将初始接收的信号转换为新的电压信号，然后该新的电压信号被发送到电源

2105。为了热循环需求，温度数据被聚集的频率可以被最优化。温度测量部件

2135a可以在从100毫秒到500毫秒的范围内一定间隔获得测量。在一个实施例中，

温度测量部件2135a每隔大约200毫秒的间隔上获得测量。

热块组件2110可以被连接到反应容器2125，以便例如，一旦从电源2105接收电

压，就加热并且冷却容器。样本2130可以被放置在反应容器2125内。

热循环器模块2100可以包含一个以上温度测量部件2135（a）（例如，热敏电

阻）。温度测量部件2135（a）可以测量例如反应容器2125和/或热块组件2110之

内的温度，以产生时间依赖的温度信号。温度测量部件2135（a）可以将测量的温

度信号发送到处理器和存储器单元2115。在一些实施例中，温度测量部件可以将

数据发送到外部来源，用于使热循环器模块2100特性化。

在本发明的一些实施例中，处理器和存储器单元2115可以包括一个以上耦接到一

个以上的存储器装置（例如，计算机可读介质）的微处理机。这些装置可以在相同

的电路板上或者可以彼此远离，但是彼此可操作地耦接。存储器单元可以存储用于

处理样本的算法以及校准信息。校准信息可以包含特定于单独的热循环器模块的值

或者可以包含对于所有的热循环器模块通用的值。校准信息可以包含用于从热块的

温度计算PCR容器内部的温度的因素。

每个热循环器模块（例如，在热循环器库内）可能受各种环境或者硬件因素的影

响， 各种环境或者硬件因素对精确的温度分布图有影响，该精确的温度分布图将

响应限定的电压而进行展现。可以影响热循环器模块的温度的一个因素是环境温度。

例如，图17（b）显示，当环境温度是36℃或者22℃时，加热块和样本响应于施

加的电压信号的温度测量。在较低的环境温度，样本和块温度上升时间是较快的，

导致较快的周期时间。在库内，热循环器的环境温度可能受其相对场所的影响。例

如，靠近库的周边安置的热循环器与更靠近热循环器中心的热循环器相比可以处于

较低的环境温度。因此，在库中的热循环可以逐渐地经历相对于彼此的相移。

可能影响热循环器模块的温度分布图的另一个因素是热循环器模块的硬件部件。例

如，在每个循环器的热块组件（例如，包含风扇和加热器）之内的少量的变动可以

导致横穿循环器的可变的温度分布图。图17（b）显示用于两个不同循环器的热块

和样本的温度分布图。虽然循环器包含相同的硬件部件，但是在硬件中的较小的差

异可以解释在上升和循环时间中观测到的差异。

在热循环器当中的温度分布图变动可以导致横穿循环器的不一致的DNA扩增的速

率。因此，在单个扩增阶段之内，横穿数天（例如，基于库周围温度的可变性）以

及甚至横穿循环器，DNA扩增可以是不一致的。此外，由可变的温度分布图引起

的相移可以使其难以获得可靠的扩增的荧光测量。在本发明的实施例中，因为反应

容器可以被指派任何热循环器，所以在不同的热循环器之间的性能的变动可以有助

于化验性能的总体变动。这负面地影响系统精密度，并且潜在地影响化验的最终灵

敏度和最后报告结果的精确度两者。

在一个实施例中，使用PID（比例积分微分控制器）控制回路，取得热循环器性能

的控制。热块配备有给出温度信息的热敏电阻。典型的热循环可以在大约70℃和

大约95℃之间转变热块的温度。为了取得70℃的热块温度，施加固定电压，直到

温度被取得。然后使用PID控制回路和来自热块的温度数据来维持温度。为了将

热块的温度提升到95℃，再次施加固定电压，直到到达希望的温度。类似地，为

了减少温度，固定电压可以被施加到在热块上引导空气的风箱。供给到这个风箱的

空气可以是处于环境温度或者可以是寒冷的。还可以使用其他的冷却方法，诸如使

用引导的增压空气流、使冷却液流过热块中的通道、并且使用与热块热接触的

Peltier冷却装置。因为希望使循环时间最小化，所以可以选择使加热和冷却时间最

小化是电压，该加热和冷却时间生成可由每个热循环器实现的最快的可能温度上升

速率。

在本发明的另一实施例中，能存储在处理器和存储器单元2115的存储器单元中的

算法可以被用于产生横穿所有热循环器模块的同样的温度对时间分布图。这种算法

补偿在不同 的热循环器的温度上升速率中的变动来源。这种算法同样可以补偿不

同的环境条件。变动来源可以包含环境温度（图17（b））、热块性能以及风箱性

能（硬件变动；图17（c））。

图17（d）显示图解根据本发明实施例的方法的流程图。在该方法中，如上所述

（方框2005），可以提供多个热循环器模块。多个热循环器模块可以是2、3、5、

6或者7个以上。

然后，热循环器模块可以被选择（方框2010）。选择的热循环器模块可以是多个

热循环器模块的一个。没有被选择的其他热循环器模块可以形成一组热循环器模块。

一组热循环器模块可以包括1、2或者3个以上的热循环器模块。

可以以任何适合的方式选择热循环器模块。可以被选为一排热循环器模块中的最小

响应的热循环器模块。例如，被选择的热循环器模块可以是一排热循环器模块中最

慢上升的热循环器模块。可以对应于热循环器模块的最长周期时间或者最慢传热。

在其他实施例中，温度对时间的分布图不需要基于最小响应的热循环器模块，但是

可以基于不同类型的热循环器性能特性的性能。不管温度对时间的分布图如何被创

立，本发明的这些实施例都可以应对超标和单独的热循环器性能问题两者。

在热循环器模块被选择之后，创立用于被选择的热循环器模块分布图的温度对时间

分布图（方框2015）。然后可以被存储在处理器和存储器单元2115的存储器单元

（例如，诸如存储器芯片计算机可读介质）中。

在用于选择的热循环器的温度对时间的分布图被创立之后，使用变动来源（例如，

环境温度）和预定的温度对时间分布图来调整阵列中的每个热循环器模块的热块组

件（方框2020）。这个可以通过获得预定的温度对时间分布图来完成，该预定的

温度对时间分布图与一排热循环器模块中的选择热循环器模块关联。一排热循环器

模块可以包括选择的热循环器模块以及一组热循环器模块。然后在处理器和存储器

单元2115中的处理器控制一组热循环器模块中的热循环器模块，使得它们的性能

匹配预定的温度对时间分布图。可以使用阵列中的热循环器模块之间的变动来源控

制一组热循环器模块中的每个热循环器模块。

用作说明地，在多个热循环器模块中给出可接受性能的最小响应的热循环器模块可

以被选择。然后可以使用选择的热循环器模块来创立温度对时间分布图。然后算法

被创立，并被用于控制热块组件2110（由此，所提供热量到反应容器）以及冷却

装置2112。该算法使用选择的温度对时间分布图以及诸如是热循环器模块的环境

温度的关于振动来源的信息，以判定如何控制热块组件2112和冷却装置2112。以

下等式可以被用在算法中：

（1）:dB/dt=h_a+k（Ta-B（t）），

其中

dB/dt=在热块温度中以度/秒的改变；

Ta=环境温度（℃）；

h_a=在环境温度上薄膜加热器输出（℃/秒）

k=传热速率；并且

B（t）=在给定时间t处的热块的温度。

如果B（t）没有被直接地测量，一个可以积分并且求解B（t），以在任何给定的

时间t获取热块的温度：

B（t）=（B（0）-（h_a/k）-Ta）e^kt+（h_a/k）

+Ta，

其中

B（0）=在时间=0时的开始框温度。

在处理器和存储器单元2115中的处理器可以通过将电压的调制脉冲施加到热块组

件2110来控制薄膜加热器输出（h_a），并且可以以类似的方式，使用

冷却装置2112（例如，风箱、风扇或者冷却流体）来控制传热速率（k）。在本发

明实施例中，用于调制加热器和风扇输出的替换的方法也是可能的。

在以上公式（1）中，在给定时间的dB/dt可以从选择的热循环器模块的预定时间

对温度分布图中被判定，并且热循环器模块的环境温度Ta可以通过温度测量部件

（例如，热敏电阻）被测量。变量h_a和k可以单独地被控制，并且两

者可以同时地变化（即，加热器和风箱可以被组合使用）以满足公式（1）。

图17（e）显示来自20个独立的热循环器模块的方框温度测量的实例，该20个独

立的热循环器模块通过上面所述的算法被编程。如图17（e）中所示，在热循环器

模块阵列中的热循环器模块一致地进行。这可以有利于在没有重要的硬件修改或者

需要窄的产品规格的情况下完成它。系统上的所有热循环器当中的一致的热分布图

的使用有利于减少由硬件差异和环境因素所引起的在PCR处理中的变动。一致的

热分布图的使用同样在系统上的每个热循环器中产生同杨的热循环时间，许可当热

循环将对于给定样本完成时的精确估计，并且简化资源安排。

Q.光学系统

本发明的实施例还可以包含激发和检测子系统（在此被叫做检测子系统）。检测子

系统可以负责激发化验中的染色并且量化在每个PCR循环发射的荧光。激发和发

射两者可以遍及波长的范围发生。例如，用于激发荧光染色的光可以在400nm到

800nm的范围。例 如，用于测量从染色中发射的光的检测器可以对于从400nm到

800nm的光是敏感的。检测子系统包括从光源通道CCD照相机上的检测的硬件和

软件部件。这包含所有的光学部件，所有的光学部件具有每个热循环器模块、从每

个热循环器模块沿特定路线发送的光纤光学以及安装在PCR底板之下的分光光度

计。检测子系统的动态范围可以允许在至少3个热循环上的扩增PCR产品的检测，

该至少3个热循环是在扩增曲线的线性可检测的范围之内或者具有2个数量级的荧

光强度范围。检测子系统可以检测来自反应容器的多个发射波长，并横穿多个反应

容器，不同时地进行进行检测。在一个实施例中，多达7种不同染色可以在多达

20个不同的反应容器中被不同时地检测。

检测子系统至少包括以下部件：激发光源、用于将激发光引导到反应容器的组件或

者一些组件，用于将由在反应容器内出现的荧光所发射的光引导到检测器的组件或

者一些组件、以及用于测量发射光的一个以上的检测器。激发光源可以是一个以上

的光学地耦接到激发光纤光学组件的激光。在一些实施例中，来自两个激光（例如

640nm激光和532nm激光）的光穿过滤波器，以移除在标称波长范围之外的光。

光束可以被做成共线的（或者稍微不共线）。光束可以通过包含分束器的各种光学

装置被做成共线的。在另一实施例中，为了避免激发激光束之间的色度亮度干扰，

激发激光束没有被做成共线的。使用在双轴检流计中安装的镜子，激发激光束可以

被引导到单独的激发光纤。然后每个激发光纤将引导激发光到单独的热循环器模块。

在一个实施例中，20个激发光纤的组件将被用于将激发光供给到每个20个热循环

器模块。为了其他目的而利用的附加光纤可以存在于激发光纤的组件中；这种使用

可以包括光学对准。激发光纤可以被保持在整齐的阵列中，带有双轴检流计，该双

轴检流计根据需要将光引导到每个激发光纤的输入端。此外，双轴检流计可以将激

发光引导到它没有进入光纤的中立位置。另一种选择，光学开关可以被用于将光从

激发源引导到光纤。各种光纤适合于该用途。在一个实施例中，激发光纤在直径上

大约是200μm，并且可以以4x5的阵列被捆扎。在一些实施例中，激发和发射光

纤束可以包含22个（或以上）光纤。如上所述，携带激发光的激发光纤在热循环

器模块的激发光学组件中终止。

虽然激光在本发明的实施例中是较佳的光源，但是本发明的实施例可以包含其他光

源，其他光源包含但不局限于可调谐激光，单独的单波长LED，单波长LED的组

件、和多波长LED、带有多带通滤波器的白LED，以及单波长LED和多带通滤波

器的组件。激发光源可以被结合到激发光学组件内。

如上所述，由于激发光的暴露而从反应容器中发射的光通过热循环器模块的发射光

学 组件被收集。在一个实施例中，这将发射光引导到发射光纤的输入端，随后将

发射光引导到检测器。为了改进耦接效率，发射光学组件可以在小于发射光纤的输

入端区域的区域之上聚焦发射光。例如，发射光可以在具有800μm的区域的发射

光纤输入端上被聚焦为200μm的光斑。为了改进耦接效率，发射光纤可以从输入

端开始逐渐变细到较小的直径。包含集成到发射光纤输入端的透镜的其他特征可以

被用于增加耦接效率。适合的透镜配置包含球状或者球面透镜、非球面透镜以及渐

变折射率透镜。

检测器可以是分光计。分光计可以是多通道或者图像分光计，能够许可多个光纤的

同时读取并减少切换的需要。分光计可以包含在发射光纤的输出终端和检测器之间

的多带通滤波器以有选择性地移除激发波长。如果单个检测器被使用，发射光纤可

以以束被布置在检测器的输入处。这种多通道分光计可以使用用于发射光的检测的

CCD。例如，来自单独热循环器模块的20个发射光纤可以以2X10的束被布置在

检测器的输入处。在替换的实施例中，检测器可以是单个光电二极管、光电倍增器、

通道光电倍增器或者配备有合适的光学滤光器的类似装置。这种合适的光学滤光器

可以是一组光学滤波器或者可调谐滤波器。

如果单个检测器被使用，检测系统可能能够支持来自每个热循环器模块的荧光的异

步测量。实现这个的一个方式是使用分光计，当与在读取事件出现的热循环中的点

相比时，该分光计具有短的积分时间。例如，为了在持续近似15秒的热循环的相

位期间进行读取，能够在50微秒内进行精确测量的分光计是所希望的。典型地发

生在60℃左右的热循环的退火相位可以被用于利用在较低的温度的改进的染色萤

光特性。使用安装在双轴检流计在哦个的镜子，激发光可以对于要求的积分时间，

被引导到特定激发光纤的输入端，然后被引导到另一个位置。如果基于CCD的检

测器被使用，那么CCD可以在每个读取事件之间被清除。为了促进这个，CCD可

以在将激发光引导到合适的激发光纤之前被激活，并且在将激发光切换到不同的位

置之后被保持激活。读取事件可以通过监控热循环器模块的热块温度被触发，以确

保PCR反应容器的内容物处于希望的温度。如上所述，在一个实施例中，读取事

件可以在被应用于热循环器的温度对时间分布图的限定部分之内被触发。

随着系统的处理量增加，对于并行工作的多个分析单元，诸如热循环器，在单个检

测器上计划适当的读取时间的复杂性也增加。通过制备以连续的方式读取的样本，

以下详细描述的系统的工作流程可以有利地简化这个任务。这确保了每个样本在不

同的时间点进入系统的分析部分，显著地减少大数量的样本将要求在相同时间间隔

内进行的读取事件的概率

图18（a）显示检测光学原理框图。图18（a）显示包括第一光源1522和第二光源

1524 的多个光源，该多个光源能够将光到提供双轴检流计和激发束1520。控制扳

1508可以将控制信号提供到第一光源1522和第二光源1524。在一个实施例中，第

一光源1522可以包括640nm激光，同时第二光源1524可以包括530nm激光。然

而，第一和第二光源1522、1524可以提供任何适合的波长的光。

双轴检流计和激发束1520可以接收来自第一和第二光源1522、1524的光，并且可

以受触发电路和延迟1514控制。随着光穿过热块，光被提供到一个以上的反应容

器。方框1518描绘从一个以上的反应容器生成的荧光的激发和随后的发射。

在方框1518中来自反应容器的荧光辐射可以被收集光纤束1516捕获，该收集光纤

束可以把辐射传到分光计1510。除了收集光纤束1516之外，对于分光计的接近同

样可以被供给用于分光计1512的维护和去污化，在可接受的操作条件1502之内维

持分光计的环境控制，电力1504，以及与系统1506的通信。触发和电路延迟1514

可以与分光计1510有效地通信。

图18（b）显示根据本发明实施例的光学检测系统的更详细的图。系统包括计算机

1616，该计算机1616可以将控制信号提供到第一和第二电源和控制器1610、1612。

第一电源和控制器1610可以供给电力到第一光源1606，同时第二电源和控制器

1612可以提供电力到第二光源1620。来自第一光源1608的光可以穿过激发滤波器

1606，并且可以被涂覆镜子的铝前表面反射。可以使用分束器反射来自第二光源

1620的光。然后来自第一和第二光源1608、1620的光束可以是共线的并且可以被

平凸透镜1624聚焦，被双轴检流计镜子1626反射，并且被引导到激发光纤束

1644，该激发光纤束1644被连接到光纤束座架1620。在其他实施例中，光束不需

要是共线的，并且可以成一角度，以防止它们之间的串扰。Galiliean望远镜可以被

用于两个光源（例如，激光）的输出的瞄准，并且减少耦接到激发光纤的光斑大小。

而且，光源（例如，激光）的初始对准可以被人工地进行，在进行检流镜子的自动

对准之前，经由粗调节器把光束对准到目标小孔。

在一些实施例中，激发光纤束可以包括二十（或者二十二）个200μm内径的光纤

（CeramOptec，p/n Optran WF，NA=0.12），该光纤以在光纤（CeramOptec，

p/nRSSLSMA20/20XWF200/220P12/BPGS+BPVC/1.5M/BC）之间0.425mm的间隔

被排列成5x4阵列。

示范性的光纤束规格如下：

带有以下规格的20个CeramOptec光纤（零件号WF200/220/245P12，可从MN，

East Longmeadow的CeramOptec得到）：

a.纯熔融石英内径：200μm±2%

b.合成树脂可塑剂的石英包层：220μm±2%

c.聚酰亚胺涂层：245μm±2%

d.低OH版本

e.数值孔径：0.12±0.02

然后来自激发光纤束的光可以传到激发透镜1634并且经由第一狭缝1632传到含有

样本的反应容器1630。然后来自反应容器1630中的样本的荧光辐射可以穿过第二

狭缝1636。一旦发射辐射穿过第二狭缝1636，它就被收集透镜1640被聚焦并且被

聚焦于收集光纤束1642。收集光纤束1642被耦接到接收荧光辐射的分光计1618。

适合的控制电子设备1614可以被耦接到计算机1616和分光计1618。

图18（c）显示根据本发明实施例的检测光学组件的立体图。图18（c）显示了以

安装在板1708上的2D阵列的分光光度计1701的形式的检测器。以640nm激光形

式的第一光源1703，以532nm激光1702形式的第二光源，安装光学1710以及检

流计1705同样被安装在板1708上。各种翅片状散热片1709、1711同样可以被安

装在板1708上。以盖子形式的外壳1712可以覆盖至少第一光源1703、第二光源

1702、安装光学1710以及检流计1705。激发光纤束1704可以与第一和第二光源

1701、1702有效地通信。

在一个实施例中，为了促进现场替换和服务，检测光学组件被供应作为离散的、基

本上闭合的单元。这种检测光学组件可以包含小孔形式的对准目标，该对准目标延

伸穿过单元的箱，校正封闭在箱中的由光的观测指示的光源的对准，其中光通过对

准目标小孔被传输。检测光学组件可以包含粗调整装置，该装置穿过单元的箱延伸，

以在不需要打开单元情况下许可对准。在一些实施例中，使用检流计镜子，光源的

最终对准以自动的方式被进行。

如上面所提到的，本发明的实施例可以使用检流计。对准可以是带有2D检流计系

统的问题。当反应容器没有处于热块中时，本发明的实施例提供具有可以通过系统

的检测光学被观测到的荧光目标的每个热循环器模块。在一些实施例中，这是形状

类似反应容器的离散装置，该反应容器是荧光的或者含有荧光的材料。为了对于那

个模块对准光学器件的目的，这被放置在热循环器模块的热块中，并且可以在热循

环器模块被用于PCR之前被移除。在其他实施例中，所有的或者部分的滑动盖子

是荧光的，明亮地发射足以反射器具的内壁的一些光并且进入收集光学器件内。反

应容器的不透明的塞在PCR期间阻断光往返于滑动盖子。当2D检流计被适当地

排成一列时，这提供向下发送光到与特别的热循环器模 块有关的发射光纤的荧光

目标。为了将光学器件与特定热循环器对准，检流计在记录检流计的位置的同时扫

描横穿激发光纤的光束。当系统识别从对应于特定热循环器模块的收集光纤中给出

最大强度的位置时，系统记录该位置作为那个热循环器的校准的位置。理由是因为，

当检流计的使用让一个使用集中的光源并且在不同的热循环器当中非常迅速地来回

切换时，对准不得不靠近最优以获得良好性能。具有在恰当的位置的自动对准机构

减少维护（20+光纤的人工对准是劳动量大的），并且随着时间的过去提供一致的

性能。

为了保证到热循环器的光学路径不被阻断，在对准之后和在进行热循环之前，类似

的处理可以被进行。相对于在先前对准观测中观测到的，在缺少反应容器时由检测

器观测到的光的明显减少的强度可以指示在与热循环器有关的光学路径中的中断。

然后控制器可以采取动作，诸如为处于处理中的判定选择不同热循环器并且通知用

户可能的故障情况。

本发明的其他实施例可以利用用于热循环器单个检测器。这种检测器可以是与每个

热循环器通信的单独的分光计。在另一个实施例中，检测器可以是单个光电二极管、

光电倍增器、通道光电倍增器或者与每个热循环器有关的类似装置。

S.系统操作和样本操控

以上已经描述了许多不同的处理实施例，并且在以下被进一步详细地描述。

本发明的一个实施例针对方法，该方法包括装载样本到系统并且装载化验盒到制备

场所。化验盒包含反应孔和隔室。反应容器是在隔室中。该方法同样包含在反应孔

中提取核酸，将提取的核酸从反应孔传送到反应容器，移动反应容器到热循环器模

块，以及检测热循环器模块中的核酸。以下进一步详细地描述这些和其他步骤。

图19显示根据本发明的实施例的流程处理方法。

根据本发明的实施例的系统可以被设计成在传统的临床实验室环境中起作用并且要

求最少的用户介入。图19显示了实施例，其中，与系统配合的普通用户被局限于

装载用于分析的样本1804，一旦样本被系统处理就移除残余样本1812，补充耗材

（1814、1836、1840），并且移除废料（1828、1850）。在另一实施例中，系统连

同自动的实验室系统一起被使用，并且与系统配合的普通用户被局限于补充耗材和

移除废料。没有显示的其他用户的配合包含周期性维护。在双手的准时和训练方面，

这有利的将最小的负担放置在用户上，接着促进系统结合到传统的临床实验室的工

作流程中。

可以参考在图19中显示的流程图，周期性参考先前描述的系统部件来描述用于通

过系统的样本分析的典型的工作流程。

通过将样本装载到系统1802上，分析开始。样本通常被提供在样本管中，并且可

以 是全血、血清、血浆、唾液、尿液、脑脊髓液、排泄物材料的悬液、从伤口或

者其他身体表面取得的药签，或者其他临床相关的流体或者悬液。药签样本可以被

提供作为含有至少一部分药签的管，同时药签的样本收集部分被浸在液体中。样本

管可以具有提供单独的管的识别的标记。这种标记可以是机器可读的，并且包括一

维和二维条型码。

在一些实施例中，通过将样本管放置在样本保持器中（方框1802），样本管被装

载到系统上，该样本保持器在提供促进操控的特征的同时可以为一个以上的样本管

提供支撑。可以在图2（a）中找到示范性的样本保持器616。样本保持器616可以

具有提供单独的样本保持器616的识别的标记。这种标记可以是机器可读的，并且

包括一维和二维条型码。

一旦样本管已被放置在样本保持器616中，通过将样本保持器616放置在输入队列

内（方框1804），样本管被装载到系统上。图1（c）显示了输入队列628位于样

本呈递单元110中的实施例。以上详细描述了样本呈递单元110的各种实施例和特

征。样本管经过输入队列628前进，直到它达到样本呈递区域为止，其中它被识别

（方框1806）并且被带入到样本处理工作流中。在一些实施例中，样本呈递区域

是一部分样本呈递单元110并且可接近于样本吸液管70。例如，在一些实施例中，

样本呈递区域可以包含在图2（a）中显示的呈递导轨624。基于单独的样本管的标

记以及通过它们在识别的样本保持器616上的位置，样本可以被识别。在一些实施

例中，如图1（c）所示，用户可以经由键盘104或者通过其他适合的手段来人工

地指定特定样本。单独样本的识别许可样本与特定病人的关联，接着为系统提供关

于将要在样本上进行的测试的信息。单独的样本的识别同样允许系统使来自这些测

试的结果与单独的病人关联。

在样本呈递区域，在样本呈递处理（方框1808）中，样本的一部分或者等分试样

的可以被系统从用于分析的样本管中取得。例如，参考图4（a）-1，使用设置有

化验盒200的毫尖端220，等分试样从样本管中被移除，然后被传送到化验盒200

中的反应孔内。在等分试样传送之后，该毫尖端220可以被返回到化验盒200，用

于稍后使用。

为了支持多个测试的性能，系统可以从单个样本管中取得一个或者多个等分试样。

当多个等分试样被取得时，系统可以首先判定在样本管中的流体的水平，计算适合

于指定测试的测试所要求的容量，并且如果样本的容量不足以完成所有测试，则提

醒用户。在这种情况下，为了进行尽可能多的测试，系统可以使移除等分试样的次

序最优化，或者系统可以基于测试优先级来移除等分试样。另一种选择，多个测试

的性能可以要求为每个测试装载单独的样本管。

一旦从样本管中移除等分试样完成，样本就被移动到输出队列640（方框1810）。

如 果样本被保持在样本保持器中，到输出队列640的传送可以被延迟，直到等分

试样从保持器中的所有样本管中被取得。以上详细描述了输出队列640可以位于一

部分样本呈递单元110上（参见图2（a））。一旦样本处于输出队列640中，它

们就可以从系统中被移除（方框1812）。然后用户可以进行选择以存储用于残余

样本的可能的再测试的样本管，或者可以简单地废弃样本管。可以被存储在样本保

持器中或者为了更高效的空间存储，从保持器移除样本。

如上所述，使用耗材，样本等分试样被系统处理。这减少归因于移行的污染的概率。

在较佳实施例中，参考图4（a）-1，在一次性化验盒200中进行初始的样本处理。

这些被用户供给到系统，在由系统使用之前，该用户可以在盒装载单元中放置它们，

用于临时存储1814。在图1（c）中显示示范性的盒装载单元112。用户可以在盒

装载单元112单独地放置化验盒200，或者它们可以在盒装载单元112中同时地放

置多个化验盒200。在一个实施例中，化验盒200的线性排列简化了多个单元的同

时抓住，并且化验盒可以与促进这个的空间一起组合地被供应。如上面所提到的，

可以利用不同类型的化验盒200。在这些情况下，在它们被需要时，为了选择性的

引入到系统工作流中，不同类型的化验盒200可以被放置在盒装载单元112的不同

区域中。在图7（a）中显示的实施例中，不同类型的化验盒200可以被装载到分

离的通道（112（b）和112（c））中。另一种选择，不同的化验盒类型可以携带

象征盒类型的标记，并且可以被装载在盒装载单元112或者等效结构中的任何可利

用的场所处。不同类型的化验盒的使用支持不同的处理规程的使用，接着允许系统

处理更广阔范围的样本类型，并且比可由单个类型化验盒支持的进行更多种的化

验。

在一些实施例中，在接收样本等分试样之前，化验盒200从盒装载单元112被传送。

如图1（b）所示，通过将化验盒移动到盒装载通道116（f），可以从盒装载单元

112传送化验盒200。一旦在盒装载通道116（f）中，化验盒200就可以被带入到

样本吸液管70可以传送样本等分试样的位置（方框1816）。

在本发明的实施例中，并且参考图4（a）-1，化验盒200可以被供给有覆盖试剂孔

204、208、209的保护阻挡膜205。这个膜205可以被移除或者刺穿以获得对试剂

孔204、208、209的内容物的接近。在一个实施例中，如图4（f）所示，系统利

用膜穿孔器262的刺穿元件端266（a），以刺穿覆盖试剂孔204、208、209的膜。

这个膜穿孔器262可以被方便地供给作为化验盒200的部分。利用样本吸液管70

来操纵膜穿孔器262，当盒处于样本等分试样传送场所时，膜刺穿可以发生。在样

本等分试样传送到化验盒200之前、清除膜穿孔器262之后可以使用膜穿孔器262。

膜穿孔器262可以具有用最小阻力切断覆盖试剂孔 204、208、209的膜的切削刃，

从而避免孔内容物的气溶胶化以及随后的污染问题。在替换的实施例中，系统可以

利用在化验盒200上供给的毫尖端220来刺穿覆盖试剂孔204、208、209的膜，并

且将试剂供给到化验盒中的反应孔。

化验盒200在处于盒装载通道中的同时，还可以接收来自其他来源的试剂，来自其

他来源的试剂可以被存储在如图1（b）中显示的系统的试剂存储单元124中。这

种来源可以包含散装的瓶子。在一些实施例中，使用XYZ输送设备130来实现这

个。图9（a）图解这种试剂被存储在一次性的多用途试剂包400中的实施例。如

上面所提到的，试剂包400含有特定化验的性能所要求的液体试剂。在处理中在这

个点处从试剂包400传送到化验盒200的材料的实例可以包含但不局限于处理控制

材料，该材料可以指示核酸的成功提取，支持细菌溶解的酶，以及磁性地响应微粒

悬液。在一些实施例中，来自试剂包的材料在样本等分试样已被添加之后被添加到

化验盒。在其他实施例中，来自试剂包400的材料可以在样本等分试样被添加之前

被添加到化验盒200。在又一个实施例中，在样本等分试样被添加之前同时其他等

分试样在之后被添加时，来自试剂包400的一些材料被添加到化验盒200（例如添

加到反应孔）。

如上面所提到的，试剂包400可以是消耗物品。试剂包400可以经由装载（方框

1836）到试剂存储单元124中而被用户添加到系统。在图8（a）-8（c）中更详细

地显示了示范性的试剂存储单元124。在操作中，用户可以要求仪器提供装载时机。

在为装载时机做准备中，通过释放与选择的试剂包有关的门闩组件144，系统可以

从试剂存储单元10中释放选择的试剂包400。在装载时机期间，用户可以打开

RSU接近门126并且观察与每个装载的试剂包400有关的状态指示器140。用户可

以移除任何释放的试剂包400，并且插入任何新的试剂包400。仪器通过读取与每

个装载的试剂包426有关的电子存储器来验证改变。试剂包400可以为许多化验盒

保持足够的试剂，并且当试剂包被存储在试剂存储单元124之内时可以被多次接近。

在反应存储单元操作（方框1838）期间，为了判定试剂包什么时侯被耗光，系统

可以使用液面传感电路来监控试剂包400之内的液面。另一种选择，为了判定试剂

包什么时侯被耗光，系统可以聚合与试剂包400的使用相关的数据，并且使该数据

与已知的填充容量相关。系统可以通知用户试剂包被耗光或者不久被耗光，使得它

们可以在不影响工作流的情况下被替换（方框1844）。在一些实施例中，一旦请

求离板存储，用户就可以移除试剂包。

在从试剂包400添加样本等分试样和任何必需的试剂之后，化验盒200被传送到处

理区域（方框1818）。在图1（b）显示的实施例中，化验盒20从盒传送通道116

（f）被移 动到传送梭50。如与等分的样本有关的规程所引导的，传送梭50梭移

动化验盒1818通过一系列处理通道116。规程可以指定在不同时间特定处理通道

的重复使用作为规程进展。系统可以使化验盒经受不同的处理规程，以提取和净化

核酸。例如，系统可以以不同于RNA化验盒来处置DNA化验盒，以反映不同的

净化程序的物理化学要求。而且，系统还可以为使用相同类型的化验盒的样本使用

不同的规程。例如，来自革兰氏阳性细菌的DNA提取可以要求不同的收集步骤来

溶解比其他DNA分离要求的步骤更耐用的细菌壁。例如，系统可以施加热量到

DNA化验盒，该DNA化验盒被施加于来自革兰氏阳性细菌的DNA的提取和净化。

这个加热步骤产生延长的提升温度，该温度在革兰氏阳性细菌细胞壁的溶解上给予

帮助。

通过节省时间以及避免不相容条件，系统受益于施加不同规程。不同的规程通过跳

过不需要的步骤来节省时间。例如，来自革兰氏阳性细菌的DNA的提取和净化要

求加热一段时间，该一段时间对于来自其他来源的DNA是不要求的。当将加热步

骤施加到这种样本可能不是有害的时，通过删除加热步骤，系统可以更快速地处理

来自这些其他样本的DNA。与另外使所有的样本经受相同的时间线相比，在处理

中的这个灵活性减少了时间比结果。在没有使用不同规程的情况下，由单独的化验

要求的最慢的方法将必需规定系统处理时间。

应用不同的规程可以在用于一个提取和净化处理的条件与另一个的提取和净化的条

件不能调和的情形中避免不相容的条件。例如，在没有激活加热器的情况下通过简

单地将化验盒放置在合适的处理通道中，系统可以适应单个处理规程并且避免诸如

归因于上面提及的革兰氏阳性细菌加热步骤的一些不相容性。类似地，错误的试剂

传送（即，在没有试剂拾取或者运送的情况下被进行）或者惰性试剂的传送有可能

对于所有的样本允许通用的处理规程。然而，这种自适应的方法仍然把单个处理规

程系统性能的性能限制在最限制性的方法的性能。而且，当仅仅延迟导致不相容性

时，通用的处理规程可以根本是不可能的。例如，当规程取决于酶的作用并且时间

的长度控制酶动作的程度时，只有时间延迟可以是成问题的。应用不同的处理规程

避免这个处理瓶颈，并且保持灵活性，以应用新的或者更新的方法。

通过一系列处理通道116移动每个化验盒，系统应用多个规程。每个处理通道116

对化验盒200起作用，以进行规程中的总的处理步骤的子集合。任何给定的规程可

以通过一些或者所有的处理通道116移动化验盒200。不同的规程可以使用一些相

同的处理通道116。在一个实施例中，规程的每个例子在相同的相对时间线上通过

相同顺序的处理通道116移 动与那个例子有关的化验盒200。

每个处理通道116可以每次仅仅容纳一个化验盒200。这有利地通过允许使用在处

理通道116之间传送化验盒200的单个机构的来简化系统设计，并且通过消除处理

通道内的资源冲突来增加处理灵活性。

规程的每个例子可以使用一致的途径和一致的时间。在这个实施例中，对于给定的

规程，每个特定的处理步骤在相对于规程的那个例子的起动的指定时间使用在指定

场所中的指定机构。例如，DNA革兰氏阳性分离和净化规程的一个版本要求在添

加磁性响应微粒之后将稀释液传送到反应孔。在这个规程中，传送可以总是发生在

处理通道2，总是在样本等分起动之后244秒使用处理通道2吸液管。这个实践有

利地通过保证每个化验由相同的机构接收相同的处置来减少化验变动。单个机构的

重复，即使使用相同的制造处理的相同设计的产品也不可能同样地进行。每个重复

遭受由制造容限之内的偏离、在操作环境中的局部不均匀性、磨损和操作历史导致

的、以及来自超出合理列举的其他来源的变动。

在一个实施例中，系统总是通过对于每个规程中的每个特别步骤使用指定机构来避

免大量的非同样的机构性能的影响。这个设计减少了在横穿不同可操作的场所上的

紧密匹配机构性能的需要。例如，比起带有相同标称处理通道3吸液管，处理通道

2吸液管可以传送不同的实际量。处理通道2可以在它的吸液管的附近具有比处理

通道3稍微较高的温度。但是因为规程的每个例子对于特别的操作使用相同的吸液

管，所以差异有助于总体偏置或者系统误差，而不是随机误差。这种系统变动可以

通过校准被校正，但是与不同机构有关的随机变动更难以校正。因此在没有紧密匹

配的部件的费用和复杂性的情况下，系统获得改进化验精密度的益处。

还可以通过在样本处理操作上减少环境温度的影响来改进化验精密度同样。在一个

实施例中，通过结合化验盒加热器作为初始处理步骤的处理通道移动所有化验盒，

可以实现这个。随着环境温度波动，在温度敏感处理步骤的性能改进这种步骤的结

果的一致性之前，将化验盒和它的内容物带到控制的温度。化验盒和它的内容物的

温度可以通过使用其他处理通道中的化验盒加温器被随后维持。

系统可以在特别的处理通道116内保留每个化验盒200固定的持续时间。这个持续

时间不管规程，对于在任何处理通道116中的任何化验盒200可以是相同的。这对

规程中的所有步骤保证一致的时间。灵活的基于通道的处理理想地要求从任何通道

将化验盒传送到任何其他通道。实际上，一些传送可以从未发生。例如，化验盒

200通常仅仅在靠近处理的端部进入如图1（b）所示的扩增制备通道116（g），

进入废料通道116（c）的化验盒200 可以仅仅行进到一次性的固体废料。

在一些实施例中，系统使用处于随机接近排列的单个传送梭50在处理通道116之

间传送化验盒200，该单个传送梭50许可从任何处理通道将化验盒200传送到任

何其他处理通道。传送梭50仅仅与来源和目的地通道配合，而没有干扰任何其他

通道。在一个实施例中，传送梭50可以每次仅仅传送一个化验盒200。在这个背

景下，在通道之间的传送包含从一个识别的通道中卸载化验盒200以及随后装载化

验盒200到另一个识别的通道内。在处理通道116中的传送是上界概念，该上界概

念包含在识别的处理通道116之间传送，并且在没有限制特别的处理通道116的情

况下同样包含卸载和装载的通用处理。传送梭50可以具有用于携带化验盒的多个

位置。在一个实施例中，传送梭50包含两个以上的盒狭槽50（a）、50（b）。这

个排列许可在单个步骤的处理通道内的一个化验盒200与另一个的交换。如下所述，

这个排列可以允许在单个操作的、或者运动时间、间隔内的不同通道之间切换盒。

两个以上的这种切换步骤可以被组合以在处理通道之间交换化验盒200。

图20（h）显示带有盒狭槽50（a）和50（b）的系统的俯视图，其中狭槽50（a）

和50（b）可被用于在不同处理通道116之间切换化验盒200。图20（h）中的仪

器的实施例包含在上文中更详细讨论的许多其他通道。冲洗通道116（a）和116

（a）’（和116（b），该冲洗通道116（b）没有在图20（g）中显示）以及温度

稳定通道116（j）（和116（h），该温度稳定通道116（h）没有在图20（g）中

显示）的数量和精确的配置以及属性可以基于设计以及生物对象而变化。

图20（i）显示盒切换处理的实施例。在方框3605，第一盒进入盒装载通道116

（f）。在方框3610，一个以上的样本和化验处理控制被装载到第一盒中，这可以

在一个以上的步骤中被进行。化验处理控制可以包含用于估计稍后进行的提取和净

化步骤是否被适当进行的处理控制复合。如果控制没有被足够地放大，则可以推断

化验盒中的样本没有经受适当的处理。

在方框3615，传送梭50的第一狭槽（“狭槽A”）50a啮合第一盒。在方框3620，

第一盒被传送梭50移动到加热通道3116（i）并且它在通道中被卸载。第一盒可以

在例如大约10-300秒之间，诸如大约53秒的加温间隔被加温。第一盒可以被加热

到大约35-45℃（例如，目标温度是35℃加减3℃）的温度。一个以上的第一盒，

第一盒的介质孔的内容物，第一盒的大孔的内容物，以及第一盒的反应容器部件保

持器的内容物可以被加热到一个以上的希望的温度。

如图20（i）的右手侧所示，除了在时间上落后之外，第二盒可以经受类似的一组

步 骤。亦即，步骤3705、3710和3715是类似于步骤3605、3610和3615。

在方框3625，紧接在将狭槽A中的第二化验盒卸载到加热通道3116（i）之后，传

送梭50的第二狭槽（“狭槽B”）50b啮合加温的第一化验盒。与在传送梭中仅仅有

一个狭槽的情形相比，这个实质上同时将化验盒传送到狭槽A和B之外改进了处

理速度。

在方框3630，第一盒被传送梭50移动回到装载通道116（f）。在方框3635，试

剂被添加到装载通道116（f）中的第一盒。在方框3640，第一盒继续到处理制法

中的下一个通道。方框3725、3730、3735和3740是类似于方框3625、3630、

3635和3640。

如以上图解的，在传送梭50中的多个盒狭槽50a、50b可以允许多个盒在单个通道，

甚至在邻近通道之间被交换。

在其他实施例中，传送梭的狭槽可以许可两个盒被同时地装载或者加热，但是在装

载通道116（f）或者加热通道3116（i）中不能相互重叠。因此，盒加热器可以在

单个运动时间（例如，大约100-200s）内至少被部分地装载或者加热。当在其他处

理步骤之间的时间可以近似于一个运动时间的持续时间时，加热和局部地或者全装

载两者可以在相同的时间间隔内发生。这可以改进仪器的短暂效率。此外，通过使

用两个狭槽传送梭，单个电动机可以控制化验盒的移动。

在一些实施例中，规程可以进一步偏离流水线结构。亦即，包含相对快速处理的一

些规程可以比包括低速处理的其他规程起动得晚，但是完成得早。这具有在没有被

较慢的规程明显约束的情况下进一步提供支持快速规程的更灵活性的益处。

通过传送梭的灵活的容量，稍后起动的化验盒“经过”较早起动的化验盒的能力是可

利用的。如上所述，传送梭50可以将化验盒200从任何来源通道传送到任何目的

地通道；它并不局限于在邻近通道之间传送。因为传送窗被错开，所以例如系统可

以接连地发动第一规程到通道1-13中的每个通道，该第一规程在连续的运动时间

中规定第一化验盒的路线。然后系统可以在第一化验盒从通道1传送到通道2之后

发动通道1中的第二化验盒。第二化验盒可以在下一个运动时间间隔中从通道1传

送到通道13，其中将完成它的处理。这个类型的长距离传送可以发生在传送梭空

闲时间内。因此，在这种实施例中，稍后起动的化验盒可以在一些较早起动的化验

盒之前完成处理。这有利地允许选择的试样的快速处理。

在一些实施例中，规程可以包含条件分支。亦即，系统可以以一种方式处理化验盒

200，该种方式进一步处理包括如果条件被实现的第一组步骤和如果条件没有被实

现的第二组步骤。例如，如果一些主要的部件缺失，系统可以将化验盒200传送到

废料通道116（f）。 在一些实施例中，如果冲洗被判定为不充分的，则系统可以

重复冲洗步骤。

条件可以包含异常传感，功效传感，外部输入，或者仅由在条件的发生上变更规程

的值所限制的各种其他条件。

异常传感可以包含诸如检测毫尖端220、微尖端490、反应容器塞222的抬起、或

者反应容器221失败的异常事件的检测。异常事件的其他实例包含在吸液期间没有

匹配预期分布图或者值的压力检测以及预期界限之外的试剂或者样本填充容量的检

测。

功效测试可以包含处理期间的中间结果的任何测试。例如，系统通过使用液面传感

器测量冲洗之后的剩余流体的量来评估冲洗功效，以确定反应孔202中的流体的高

度。其他示范性的功效测试包含在暴露于通道加热器1103之后的化验盒温度的测

量，以及在从试剂孔传送之前或者在反应孔中的再悬浮之后的磁性响应固相分布的

确定。后者可以通过隔室内容物的光学或者磁性测量而被测量。

外部输入可以包含操作员输入，诸如错误进入的样本类型或者样本稀释因素的校

正。

规程的任何仍然未被处理的部分可以经受分支。分支可以被局限于运动时间内的活

动或者可以横跨运动时间之间的活动。分支可以变更通道之间的传送并且可以组合

一些或者所有的这些变动。规程可以包含多个条件分支。

在一些实施例中，如果满足决定性的条件，条件分支可以被限制为中断进行中的规

程。例如，如果系统检测到没有毫尖端220存在于化验盒中，则那个盒的处理可以

被立即地或者在下一个可利用的传送窗被中断。不是进一步处理无测试结果可以被

确定的化验盒200，系统可以使用传送梭以直接地移动那个化验盒到废料通道。然

后替换化验可能在下一个可利用的运动时间间隔期间被发动以重新起动规程。

在其他实施例中，可以发生对于进一步处理不是决定性的异常。例如，如果系统在

化验盒200的隔室中检测再悬浮缓冲剂失败，则系统可能变更处理规程以从另一个

含有保存供给的隔室中提供那个再悬浮缓冲剂。类似地，使用来自诸如不同化验盒

200、试剂包400、或者散装的供给瓶子的另一个来源的再悬浮缓冲剂，处理可以

继续。

在一些情况下，诸如当试剂的保存库存从试剂包400中被抽出时，系统可以规定化

验盒200的路线为另一个处理通道116以提供保存试剂。取决于通道可利用性以及

延迟的规程的容限，化验盒的重新规定路线可以发生运动时间间隔内或者在标称运

动时间间隔过渡。在一些操作中，一些规程可以容忍延迟。例如，一些规程可以在

固相的冲洗之后但在固相的再悬浮之前容忍延迟。这给予在延迟之后恢复处理的时

机，以从另一个来源中获得再悬浮缓冲剂。当结果没有危险时，这有利地避免了消

耗的试剂、样本以及时间的损失。

在一些实施例中，规程可以包含回路。环路正在处理化验盒200在稍后的运动时间

中返回到早的运动时间期间使用的处理通道116的活动。如上所述，回路的一个实

例是用于规定化验盒200从盒装载通道116（f）到不同的处理通道的路线，然后

把它返回到盒装载通道116（f）的处理。在包含回路的规程的另一个实例中，给

定的化验盒200可以在运动时间N被规定到处理通道X的路线并且在运动时间

N+Z被返回到处理通道X，其中Z是正数。在一些实施例中，规程可以包含多次

返回一个以上的处理通道。环路可以包含条件分支，该条件分支包含终止或者延伸

回路的条件分支。由分支和回路提供的规程灵活性有益地允许各种各样的处理，包

括在系统被部署之后开发的处理。当新的化验类型被开发时，这保证系统将保持它

的当前处理能力。

在替换的实施例中，通过对准有关的通道并且将化验盒移到相邻对准的通道，流水

线设计可以促进所有的化验盒。流水线风格设计可以单个地或者成组地传送化验盒

200。另一个替换的选择可以利用附接到通用输送工具的多个平行的梭。通用输送

工具可以通过一个或者通道增量来移走平行的梭。这个替换选择允许在邻近通道之

间的单独的化验盒有选择性的传送，以及每个化验盒的质量传送到它的相邻通

道。

在图1（b）中显示的较佳的随机接近的设计中，为了避免冲突，传送梭50以时间

错开的方式传送化验盒200。对在规程中使用的任何特别的通道，传送梭以固定的

间隔装载连续的化验盒。不管涉及的处理通道，间隔可以是相同的。同样叫做运动

时间间隔的这个间隔可以是任何长度，但是至少等于传送梭50进行传送操作所要

求的时间和在提取和净化规程中使用的处理通道116的最大数目的乘积。一旦化验

盒在单个运动时间间隔内，为了计划多个操作的性能，在运动时间间隔内的时间可

以被细分。例如，当化验盒200在单个运动时间间隔期间被保持在处理通道116时

可以经受多个流体传送。如上面所提到的，在一些情况下，可以使用切换操作，在

两个化验盒200之间划分运动时间间隔。具有固定的运动时间间隔的时间错开传送

的使用有利地允许单个传送梭完成所有的传送，同时为每个处理通道中的化验盒维

持一致的驻留时间。固定的运动时间间隔的使用同样有利地简化多个处理的计划，

该多个处理在系统内被同时地进行。时间错开传送的使用暗示在不同处理通道中的

不同的化验盒上的操作可以在时间上重叠。在传送梭50使用以将不同的化验盒从

第二处理通道传送到第三处理通道的相同时间间隔中，一些操作可以在一个处理通

道内行进。

在一个实施例中，运动时间间隔是150秒。这个运动时间间隔的长度可以大于传送

梭50进行传送操作所要求的时间和在提取和净化规程中使用的处理通道116的最

大数目的乘 积。在这种实施例中，传送梭在至少部分时间可以是空闲的。

系统可以为每个可能的传送梭50操作保留固定的传送窗。传送窗的较佳长度近似

于五秒。如果化验盒200在处理通道116中存在，则传送梭50将在与一对处理通

道有关的窗期间，将它传送到规程中的下一个处理通道。例如，化验盒200从洗脱

通道116（e）传送到扩增制备通道116（g）可以发生在运动时间起动之后的开头

100秒的传送窗中。然而，如果在特别的运动时间期间没有化验盒200在洗脱通道

116（e）中存在，则传送梭50将在传送窗期间是空闲的。取决于处理通道中的化

验盒的分配，传送梭可以在每个传送窗期间、在一些传送窗期间，或者在非传送窗

期间是活动的。只有当没有化验盒在进行中时，最后那个发生。

在运动时间间隔内的传送窗对于多对通道的专用可以要求每个传送的目的地通道在

传送窗发生之前是未被占用的。除了规程中的第一和最后的处理通道之外，每个处

理通道116可以需要两个传送窗。如果一个是存在的，则第一传送窗允许化验盒

200传送到处理通道之外到继任通道。如果一个是存在的，则第二传送窗允许化验

盒200从前任通道传送到处理通道中。这个“填充前为空”要求的后果是系统将运动

时间间隔中的最早的传送窗专用于规程中的最后的处理通道对。这在接近最后的处

理通道中创立“小孔”。考虑到这个，系统可以以处理通道使用的颠倒的顺序指派随

后的传送窗，使得小孔经过连续的传送窗中的处理通道进行传播，直到它达到规程

中的第一通道为止。然后下一个传送窗可以发生在随后的运动时间间隔。在替换的

实施例中，具有用于每个化验盒200的多个位置的传送梭50的使用可以允许传送

梭用作正在传送的化验盒的临时存储，许可化验盒在如上所述的处理通道之间切换。

这种切换操作可以在单个运动时间间隔内发生。

如上面所提到的，不同的规程可以规定处理通道的不同序列的化验盒200。通过固

定为对所有的规程通用的传送的传送窗、通过在处理通道对中共享传送窗、通过为

一个以上的运动时间延迟规程的例子的起动以避免时间冲突、以及通过分派冲突处

理通道对的多个传送窗，不管规程之间的处理通道序列中的差异，系统都可以在处

理通道中传送化验盒。

一些传送对所有规程可以是通用的。例如，在废料通道116（c）中的化验盒200

清除总是可以跟随扩增制备通道116（g）中的扩增混合物制备。接着，扩增制备

通道116（g）中的扩增混合物制备跟随洗脱通道116（e）中的核酸洗脱，在洗脱

通道116（e）中的核酸洗脱总是可以跟随冲洗通道116（b）中的小磁体冲洗。在

这些通道中的传送不需要存在任何特定的时间问题；系统可以为这种传送使用固定

的传送窗。当在仅仅由单个规程使用的通道中传送化验盒时，系统同样可以使用固

定的传送窗。在这些通道中的传送不存在时间 冲突。

当通用来源通道传送到两个以上不同的目的地通道时，系统可以共享固定的传送窗。

这不需要存在时间冲突，因为系统可以在规程中的给定点，将来源通道中的化验盒

200传送到这些目的地通道的仅仅一个通道。来源通道可以维持单个传送窗以便卸

载；目的地通道可以共享这个单个固定的传送窗以从来源通道接收化验盒。

当通用目的地通道从大于一个的来源通道接收传送时，系统同样可以共享固定的传

送窗。这可以生成时间冲突。在一个实施例中，目的地通道维持固定的传送窗来避

免在时间的偏移，该时间的偏移可能传播到随后的传送并且产生进一步的冲突。因

为目的地通道仅仅可以接收一个传送，所以系统可以计划规程例子，使得仅仅一个

来源通道含有化验盒。这可以要求系统预测未来以判定可能的冲突，并且延迟用于

一个以上的运动时间间隔的规程的例子的起动以避免冲突。

当规程在对另一个规程通用的通道之间插入一个以上非通用处理通道的使用时，系

统可以分派多个传送窗。这些插入的通道要求至少一个运动时间间隔，但是为了使

时间冲突最小化，随后返回到通用通道要求通用通道传送窗的保全。提供大于一个

的传送窗允许系统在传送窗当中进行选择以使冲突最小化。在插入到后者传送窗之

前，系统可以从最后的通用通道中偏移传送。当化验盒返回到通用通道时，系统可

以返回到通用通道时间。例如，RNA规程可以通过连续地传送化验盒200穿过处

理通道8、9和10来插入非通用步骤。DNA规程可能不使用通道9，而是从通道8

直接地移动化验盒200到通道10。在这个情况下，系统可以包含两个传送窗以将

化验盒移动到通道8之外。第一窗在运动时间起动之后的110秒开始。第二传送窗

在运动时间间隔起动之后的115秒开始。RNA规程使用后者的传送窗以在运动时

间起动之后115秒从通道8移动化验盒到通道9。DNA规程使用较早的传送窗。

每个规程在运动时间起动之后110秒开始的传送窗传送化验盒到通道10中。用于

通道8的多个传送窗在对于DNA规程的通道8运动时间间隔中产生闲置周期。在

这个闲置周期，通道8为空。因为闲置周期对DNA规程的每个例子是一致的，所

以闲置周期没有扰乱处理时间。

如上讨论的，在规程之间的切换可以导致时间冲突，通过使规程起动延迟一个以上

运动时间间隔，系统可以解决该时间冲突。这种延迟可以减少系统处理量。系统通

过计划化验来使这种延迟的数目最小化，以使任何延迟最小化。在一些实施例中，

系统起动所有待定的化验，该化验在起动使用不同规程的任何待定的化验之前使用

相同的规程。

在运动时间间隔之内并且仅经受传送窗的时间，规程可以使用处理通道来进行通道

能 胜任的任何操作。这些操作可以是任何序列并且可以是任何持续时间。在没有

传送化验盒200的情况下，在多个运动时间间隔，系统可以在单个处理通道中进行

两个以上连续组的处理步骤。因此系统提供两级规程灵活性：第一，规程可以在处

理通道当中有选择性地规定化验盒的路线；并且第二，规程可以在处理通道内自由

地选择操作。根据第一和第二规程，第一和第二化验盒可以被用于处理样本，其中

第一和第二规程可以是不同的。

如上面所提到的，为了容纳各种样本类型和化验化学，虽然系统可以在任何两个处

理通道116之间传送化验盒200，但是分离处理的通常工作流可以是类似的。这提

供了某些通常的步骤可以以相同的序列发生。核酸提取和分离方法例如在Merel等

人（1996）Clinical Chemistry42：1285-6；Ausubel等人

Current Protocols in Molecular Biology（2003版）；Sambrook等人

Molecular Cloning（第三版）；贝利等人（2003）tion8：

113-20中被已知和描述。处理通常包含样本处置、样本中的核酸结合到固体或者

悬浮颗粒相、结合的核酸从样本的未结合成分中分离、冲洗固体或者悬浮颗粒相、