用于核酸聚合酶链反应的热循环装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于进行核酸聚合酶链反应的装置.


背景技术：

2.聚合酶链反应(pcr)对分子生物学、食品安全和环境监测越来越重要。由于pcr的高灵敏度和特异性，大量生物学研究人员在他们的核酸分析工作中使用pcr。pcr通常通过热循环过程进行，该过程适用于将含有反应材料的反应器加热和冷却至不同温度以进行dna变性、退火和延伸。通常，热循环设备采用在两个加热浴槽之间移动反应器的方法，其中各浴槽的温度被设置为核酸扩增反应所需的目标温度。
3.已知固体金属块形式的加热装置被用以代替加热浴。当反应器为毛细管或管的形状时，也已知固体块被设计成拥有空腔的形状以接收反应器。然而，在热循环操作期间，包含生物样品的反应器与固体块通常无法通过足够紧密地来实现良好的热交换速率。传统的水浴pcr循环仪利用水的高导热性和高热容量来实现高效加热和冷却。这种循环仪具有加热浴槽，每个浴槽中含有一定体积的水作为浴槽介质。水浴槽介质可以自动解决上一段所述的接触不良问题。
4.专利申请号：pct/sg2017/050288教导了使用高导热性粉末作为浴槽介质。与液体浴槽介质相比，高导热粉末增强了与反应器之间的传导热交换，使浴槽内的温度场均匀并改善了全反应器的温度均匀性。浴槽介质达到预定温度所需的初始加热时间也显著减少。粉还消除了当反应器在浴之间移动时液体粘附到反应器表面的问题，从而解决了浴温度及其校准发生局部漂移的问题。即使在从浴槽中取出后，这种液体粘附也不利地导致反应器在一段时间内保持浴温。这可以通过使用粉末来避免。当反应器插入液体浴槽介质时不希望有的飞溅随着使用粉末来代替液体而显着减少。此外，粉末不会随着时间或使用次数而蒸发，因此不需要像液体那样重新填充。图1a显示了用于pcr或其他酶促反应以扩增核酸或核酸片段的典型热循环装置的一部分的示意图。两个浴槽50和51包含粉末76作为浴槽介质75。浴槽加热器17和沿浴槽表面安装的浴槽温度传感器39能够控制浴槽介质75的温度。浴槽50和51仅在顶部开口侧49处对环境开放。浴槽50可以设置在适合于变性步骤的温度，而浴槽51可以设置在适合用于退火和/或延伸步骤的温度。反应器15由密封剂或盖77所密封以阻止从反应材料21所产生的蒸汽泄漏。反应器握持架33容纳多个反应器15。反应器转移机构85通过顶部开口侧49在浴槽50和51之间高速转移反应器15，如带双头箭头的曲线所示，以根据热循环所需将它们交替暴露于浴槽50和51的不同温度之中。在反应器转移机构85内，x台86沿x轴线性导轨87移动，如虚线水平双头箭头所示，z台88沿z轴直线导轨89移动，如虚线垂直双头箭头所示。内部具有快速响应温度传感器38的温度监测单元34被安装在反应器握持架33上并与反应器15一起在浴槽50、51之间移动。
5.在实时pcr分析中，仪器通过荧光信号的积累来检测阳性反应。仪器通常多次进行荧光成像或在每个热循环之后进行荧光成像，以记录反应材料21的逐步变化。该逐步变化通常被绘制为pcrct(循环阈值)曲线，以便将由反应材料21所发射的荧光强度与预定阈值
水平相交之处推导出ct值。ct的导出值被定义为荧光信号跨越阈值水平所需的循环数。ct值与目标核酸的数量成反比。样品或反应材料21ct值越低，样品或反应材料21中目标核酸的数量就越大。
6.对于快速pcr，通常所使用的是细而长的毛细管反应器15，其中反应材料21保留在底部。当led的照明和成像来自反应器15的顶部时，来自成像系统的led光难以到达底部，并且来自反应材料21的荧光难以到达反应器15外部的检测器。因此，从反应器15的侧面或底部成像是优选方案。
7.当所使用的浴槽介质75是粉末76时，对于核酸的荧光成像需要在反应器15处于浴槽50、51之外时进行，因为粉末浴槽介质75对于成像光来说是不透明的。
8.尽管使用粉末76作为浴槽介质75的优点是显着的，但是本技术的发明人已经确定，使用粉末76作为浴槽介质75有时似乎会得到不可靠的pcrct值。不同反应器15中所盛载的相同反应材料21似乎显示不一致的pcrct值。图1b显示了超过40个热循环的pcrct曲线，在每个循环后记录了同一反应器15的荧光强度。实线代表用粉末76作为浴槽介质75的测量值。段式虚线代表用水(未示出)作为浴槽介质75的测量值。点式虚线代表预定义的阈值水平。在实线曲线上可观察到有随机的几个点处所记录的荧光强度相对低于段式虚线。此外，还可观察到实线中各荧光强度所下降的幅度是不一致的。当实线和段式虚线以相同的ct值与点式虚线交叉时，这不会导致任何严重问题。然而，如图1b所显示的范例，实线在ct1处与阈值水平交叉，该阈值水平高于段式虚线的ct值。这项不一致会严重影响对于目标核酸的诊断或检测，从而导致错误的结论。这种ct值的漂移可能会影响对于循环阈值的提取，从而使得对化验结果的解释可能变得不可靠。
9.本发明提供了一种得到改良的pcr设备，该设备在对于反应材料21的检测和分析方面具有更高的准确度，从而善加利用了如上所述当粉末76被使用为浴槽介质75时，优于液体浴槽介质75的好处。本发明对生物分析产生了巨大的正面影响。


技术实现要素：

10.除非另有说明，术语“包含”和“包含”及其语法变体旨在表示“开放”或“包容性”语言，使得它们包括所列举的要素但也允许包括额外的、未列举的要素。单词“基本上”并不排除“完全”。术语“第一浴槽”、“第二浴槽
”…“
任何浴槽”并不构成按照顺序的相应浴槽，而仅用于根据它们个别的功能进行识别。这些浴槽可能并不代表独立的实体，因为其中一些浴槽可能是可共享的。
11.本技术的发明人对上节所述的ct值漂移问题进行了认真的研究，并且得出了以下结论。
12.图1c是使用粉末76作为浴槽介质75并且让相同反应器15在热循环的不同阶段进行荧光成像的样品照片。标记为1和4的图像显示正常，而标记为2和3的图像具有如箭头所示的暗区。图1d是使用粉末76作为浴槽介质75进行荧光成像的另一张样品照片。标记为2和3的图像看起来正常，而标记为1的图像具有如箭头所示的延长暗区。所有这些图像都是通过从反应器15的底部进行成像而获得的。发明人将图1b的实线中强度水平的降低归因于这种随机出现的暗区。
13.发明人确定当粉末76被使用为浴槽介质75，并且当反应器15被从浴槽50和51中取
出时，一些粉末76的颗粒会随机地沿着反应器15的外表面保持粘附状态。如图2所示，发明人将图1c中的黑点归因于粘附到反应器15表面的这些粉末颗粒。粉末76的颗粒阻止led光源的入射光到达反应材料21。相似地，粘附粉末76的颗粒阻止来自反应材料21的荧光到达检测器。因此，仪器所检测的荧光强度被降低，从而影响分析。粘附到反应器15表面的粉末76的颗粒数量越多，所产生的黑点数量越多，所检测到的荧光强度也就越低。
14.发明人还确定了这样一个事实，即在热循环和成像过程中，粘附到反应器15上而局部阻挡成像的粉末76的颗粒数量是不一致的。图1d中的拉长暗区很可能与沿线粘附的一簇粉末76颗粒或与细长形状的粉末76颗粒有关。
15.发明人还确定了这样的事实，即粉末76的粒径越小，颗粒粘附到反应器15的机率越高，并且相关机率还取决于所使用的粉末76的材料，例如金属、陶瓷、玻璃、塑料等。反应器15的材料如玻璃或塑料或陶瓷等也对粘附的情况有影响。
16.因此，实验人员在反应器15中所处理的反应材料21是极少量的，以便实现装置100的简洁性和热循环期间热传递的有效性。出于同样的原因，所使用的反应器15的尺寸、壁厚和直径也是被最小化的。如果从反应器15的顶部进行led照明和成像，则不会检测到这种暗区问题。
17.粘附在反应器15主体上的粉末76的颗粒是需要解决的主要问题。
18.根据第一方面，本发明提供了一种用于核酸聚合酶链反应(pcr)的热循环设备。
19.该装置使用反应器握持架来容纳反应器以容纳含有核酸的反应材料，并且反应器处于任何形式，例如毛细管或管或孔板或芯片或卡盒。该设备包括：一个第一浴槽；一个第二浴槽，各浴槽中所使用的浴槽介质可分别被维持在两个不同的温度；
20.转移装置，让反应器在多个热循环中进入两个浴槽之中，以交替地达到：
21.预定的高目标温度t
ht
，以及
22.预定的低目标温度t
lt
；
23.用于在热循环期间或之后为反应材料进行成像的荧光成像装置；以及
24.其特点为，
25.该设备还包括：
26.粉末去除装置，以便在操作过程中，在成像之前，此粉末去除装置机械式地把黏附在反应器上的粉末颗粒去除，所述粉末为至少一个浴槽中所使用的浴槽介质。
27.当从以粉末作为浴槽介质的浴槽中取出时，粉末去除装置基本上有利地去除黏附在反应器主体的痕量粉末颗粒。这显有助于在热循环期间为反应材料在荧光成像方面实现更好的质量和可靠性。如果粉末去除过程是从透明窗口的底侧进行，当粘附在反应器上的颗粒掉落到用于荧光成像的透明窗口上时，则会不合需要地阻挡成像。
28.根据一个实施例，粉末去除装置设置在浴槽上方，使得在操作中所去除的粉末颗粒落入浴槽中。这也有助于在整个热循环过程中保持两个浴槽中粉末浴槽介质的体积，因此几乎不需要再填充浴槽介质。此外，让粉末颗粒落回相应的浴槽中可减少热循环期间抵消任一浴槽温度的影响，特别是对于具有大量反应器的批处理过程。使用粉末作为浴槽介质促进温度偏移以提高pcr速度的概念，如专利申请号：pct/sg2017/050293所教导的，其中第一个浴槽的浴温被保持在远高于预定的高目标温度t
ht
，而第二浴槽的浴温被保持在远低于预定的低目标温度。浴温与目标温度的差越大，抵消的效果就越强。通过让粉末颗粒落回
相应的浴槽中，仪器可以更好地保持这种温度偏移。此外，由于粉末作为浴槽介质并不提供像液态浴槽介质那样的对流式热传递，朝向浴槽表面的粉末与环境会进行更多的热交换。结果，反应器内的反应材料，特别是当处于毛细管的形式时，可能会沿反应器深度方向经受不利于此应用的温度梯度。将除粉装置置于浴槽上方有助于降低浴槽顶部和底部区域之间的温度梯度。此外，该实施方案通过用于热循环、荧光成像等的转移装置防止在反应器移动期间粉末颗粒落入浴外但落入设备内。粉末颗粒落入设备内可能对机械和电气系统有害，分别会导致机械堵塞和电气短路。
29.根据另一项实施例，所去除的粉末颗粒会掉落入一个容器之中。当从任何浴槽中所取出的粘附在反应器上的粉末在公共位置被移除并落入一个共用容器时，这项机制是有利的。跟粉末去除装置需要在各个以粉末为浴槽介质的浴槽移除所黏附的粉末的实施例相比，这项机制所需要的设备复杂性比较低。
30.根据一个实施例，在操作上，粉末去除装置通过机电装置执行运动。这项机制能够更有效地去除粉末的痕量颗粒，但占地面积和设备的复杂性为其代价。所述运动可以是任何类型的，例如旋转或平移。
31.根据一个实施例，粉末去除装置包括了用于接触反应器的弹性表面。弹性物体或弹性表面允许反应器和粉末去除装置之间更紧密的配合，以更有效地去除粉末颗粒。然而，紧密配合需要优化，以免影响pcr的速度。根据另一实施例，粉末去除装置包括了具有用于接触反应器的刷毛表面。刷毛形状的更高灵活性有助于有效去除粉末颗粒。刷毛可具有多个长度，以便在反应器穿过刷毛时，反应器的侧面和底部都能被清洁，以便去除粘附的粉末。
32.根据一个实施例，粉末去除装置包括织物涂覆表面，织物用于接触反应器。织物让反应器和粉末去除装置之间能够紧密配合。
33.根据一个实施例，粉末去除装置包括与反应器接触以去除粘附的粉末颗粒的空气喷射器。空气喷射器有利地连续提供了新鲜的清洁表面。然而，射流的方向需要使得粉末颗粒落入浴槽或容器中并且不会散布在设备的其他区域上。在操作中，空气射流可以保持在第三个预定温度以将反应器保持在所需温度，特别是在退火或延伸时、进行的荧光成像期间。仪器还可提供防护装置以协助所去除的粉末颗粒落入浴槽或容器中。
34.根据一个实施例，粉末去除装置包括了堆叠的第一层和第二层，使得在操作中反应器通过两者。根据一个实施例，第一层和第二层在相互正交的方向上。这更全面地去除了反应器表面周围的颗粒。
35.根据一个实施例，第一层包括多个第一弹性翼片，而第二层包括多个第二弹性翼片，并且第一和第二弹性翼片沿着垂直于第一层和第二层的轴线相互错位。这能够更有效地去除反应器表面周围的颗粒。
36.根据一个实施例，第一层包括第一弹性刷毛并且第二层包括第二弹性刷毛，并且第一和第二弹性刷毛沿着垂直于第一层和第二层的轴线相互错位。这能够更有效地去除反应器表面周围的所有颗粒。
37.根据一个实施例，粉末去除装置包括用于在操作时接触反应器的耐高温表面，该表面能够耐受高于100摄氏度的温度。如专利申请pct/sg2017/050293中所教导的，当浴温要保持在高于目标温度的温度以加速具有温度偏移的热循环过程时，这项机制是有用的。
在达到目标温度时反应器会被从浴槽中取出。然而，虽然附着在反应器主体上的微量粉末颗粒被除粉装置去除，但粉末可能会保持接近浴温。
38.根据一个实施例，在使用中，粉末去除装置位于至少一个浴槽的顶部开口侧，使得该装置基本上覆盖开口侧，并且使反应器能够通过该装置插入和取出浴槽介质。这项机制有助于减少从加热浴槽顶部开口侧向环境的热量损失。这有助于沿垂直方向把浴槽介质的温度保持得更均匀。因此，反应器沿其垂直长度经受更均匀的温度梯度，从而实现更可靠的pcr。
39.根据一个实施例，在使用中，粉末去除装置足够牢固地覆盖开口侧，以防止粉末在浴槽不直立时溢出，粉末的最大尺寸为5毫米。这项特征在装运、运输或任何其它可能发生设备倾斜或位置改变时特别有用。
40.根据一个实施例，粉末去除装置包括多个部分，这些部分在操作中通过夹紧反应器的至少一部分的方式来接触反应器，以便去除粉末。在操作中，相关人员可以有利地使装置仅在反应器从浴槽中取出时而不是在反应器插入浴槽时与反应器接触。如果该装置位于用于在荧光前去除粉末的浴槽区外，则反应器仅能通过该装置一次。这减少了装置与反应器接触的部分的磨损和撕裂。根据一个实施例，夹持的松紧度是可调节的以适应粉末的材料和粉末的粒度。这也有助于调整随着时间和设备使用而机械变化的夹持松紧度。
附图说明
41.在以下附图中，相同的附图标记始终指代相同的部分。附图不是按比例绘制的，而是着重在描述概念。
42.图1a是本领域中用于包含核酸的反应材料的热循环的典型设置的示意图，其中粉末被用作为浴槽介质。
43.图1b是具有如图1a所示设置的样品pcr ct图，所使用浴槽介质为粉末和水。
44.图1c是在热循环的不同阶段使用如图1a所示的设置并以粉末作为浴槽介质的四个荧光图像的视图。
45.图1d是在热循环的不同阶段使用如图1a的设置并以粉末作为浴槽介质的三个荧光图像的视图。
46.图2是为解释图1b、图1c和图1d所描述的观察而开发的理论的示意图。
47.图3a是图1a的示意图，根据本发明实施例包括了粉末去除装置。
48.图3b包括了样品pcr ct图，其设置与图3a相同，使用粉末去除装置并且以粉末作为浴槽介质。
49.图4a显示本发明的一个实施例的横截面图，其中粉末取出装置包括了固定在杆周围的刷毛。
50.图4b示出了本发明的一个实施例的横截面图，其中粉末去除装置包括了固定在杆周围的织物。
51.图4c示出了本发明的一个实施例的横截面图，其中除粉装置包括固定在杆周围且其间具有间隙的织物
52.图5a是本发明的一个实施例的正视和横截面图，其中粘附有粉末颗粒的反应器正在通过粉末去除装置。
53.图5b为在图5a中的反应器通过粉末去除装置之后黏附的粉末颗粒被去除之后的视图。
54.图6a是本发明一个粉末去除装置位于浴槽外的实施例的正视横截面图。
55.图6b是本发明一个粉末去除装置位于浴槽外的实施例的正视横截面图。
56.图6c是本发明一个粉末去除装置位于浴槽外的实施例的正视横截面图。
57.图7a是本发明的粉末移除装置实施例的立体图。
58.图7b是本发明的粉末去除装置的实施例的透视图。
59.图7c是本发明一个具有双层粉末去除装置的实施例的透视图。
60.图8a是本发明的实施例的透视图，其中粉末去除装置包括弹性边缘。
61.图8b是图8a的平面图。
62.图8c是第一层和第二层的局部平面图，每一层包括与图8b类似的装置的多个部件，其中两层的弹性边缘彼此正交定向，由反应器矩阵通过两者。
63.图8d是图8c的局部视图，其中反应器通过沿水平方向示出的第一层中的其中一个装置的弹性边缘插入。
64.图8e是图8c的局部视图，其中反应器通过沿垂直方向示出的第二层中的装置之一的弹性边缘插入。
65.图9a是本发明的实施例的透视图，显示的为具有弹性翼片的双层粉末去除装置。
66.图9b是图9a的正面横截面图，其中两层中的弹性翼片轴向偏心。
67.图10a是本发明的实施例的透视图，显示了具有刷毛的双层粉末去除装置。
68.图10b是图9a的正面横截面图，其中两层中的刷毛轴向偏心。
69.图11a是本发明的一个实施例的正面横截面图，其中在反应器插入粉末浴槽介质中时粉末去除装置有两个部分不接触反应器。
70.图11b是图11a中本发明的实施例的正面横截面图，其中两部分在反应器被提升出粉末浴槽介质时接触反应器。
具体实施方式
71.下面的描述充分详细地呈现了本发明的几个优选实施例，使得本领域技术人员能够制造和使用本发明。
72.根据本发明公开的浴槽结构和构造并不限制实现任何种类的热曲线的范围。通过将反应器以指定的顺序适当地放置在保持在预定温度下的浴槽中并维持指定时间长度，用户可实现任何特定的热曲线。用户可以通过使用两个以上的浴槽来实现任何特定的热曲线。
73.图3a示出了参照图1a的设置所制的设备200的一个实施例，该设备具有用于浴槽50、51的粉末去除装置20。在此，粉末去除装置20被设置在浴槽介质75上方。反应器15在从浴槽介质75出来之后通过粉末去除装置20。在被粉末去除装置20去除后，粉末76的粘附颗粒落回到相应的浴槽50、51中。基于该设计的优点，反应器15在进入浴槽介质75的同时也穿过粉末去除装置20，尽管这项特征并非必需。以复杂性为代价，一个特殊机构可被加在此环节以便移开粉末去除装置20。主要目的是在热循环期间或之后的任何阶段，在荧光成像之前去除粉末76的颗粒。
74.图3b包括具有如图3a所示设置的样品pcr ct图，此设置使用了粉末去除装置20，并且以粉末76作为浴槽介质75。可以注意到，通过使用粉末去除装置20，如图1b中实线曲线上检测到的那些较低的荧光强度被有利地消除了。类似的结果已经在大量反应器15中观察到，该反应器15经历与粉末浴槽介质75的热循环并且在成像之前通过粉末去除装置20。这证实了图2下所提出的理论。
75.粉末去除装置20可以是处于任何形式的。图4a的横截面图示出了根据本发明的实施例在粉末去除装置20中所包括的杆24周围的刷毛22。图4b的横截面图示出了根据本发明的实施例在中的粉末去除装置20中围绕并固定在杆24周围的织物23。图4c示出了本发明的一个实施例的横截面图，其中粉末去除装置20包括围绕杆24固定的织物23，其间具有间隙以为织物提供23更多的弯曲空间以让反应器15能顺利通过。
76.图5a示出了本发明一个实施例中的反应器15，被粉末76的颗粒所黏附的反应器15正在穿过粉末去除装置20。
77.图5b是图5a在反应器15通过粉末去除装置20并去除附着的粉末76颗粒之后的视图。可以理解的是：反应器15和粉末去除装置20之间任一侧的间隙需要小于粉末76的颗粒的最小尺寸。
78.图6a是本发明的位于浴槽50、51外部的粉末去除装置20的实施例。在此，反应器15在浴槽50/51外部且在成像步骤之前通过粉末去除装置20。在该实施例中，所示出的是对成像光谱透明的空槽81。空槽81收集了那些通过粉末去除装置20之后所掉落的粉末颗粒76。该实施例适用于从反应器15的一侧进行成像，如图所示。从底部进行的成像可能会导致与图1b、图1c和图1d中所描述的相同问题。空槽81可以保持在一个适合进行成像的特定温度。
79.图6b示出了本发明的粉末去除装置20的另一个实施例。在此，反应器15在成像步骤之前通过粉末去除装置20。该实施例已经示出了用于收集粉末颗粒76的空槽81而成像在不同位置进行。在该实施例中，针对从底部进行的成像，粉末76的脱落颗粒的问题已经被解决。因此，在该实施例中，使用者可以根据需要从反应器15的侧面或下方进行成像。
80.图6c示出了本发明关于粉末去除装置20的另一项实施例。在此，粉末去除装置20包括了竖直方向上的刷毛22。刷毛22具有较短和较长的不同尺寸，使得当反应器15沿水平方向通过时，较长尺寸的刷毛22有助于去除粘附在反应器15侧面的粉末76的颗粒，而较短的刷毛22有助于去除粘附在反应器15底部的粉末76颗粒。被去除的粉末76颗粒都被收集在空槽81中。然后反应器15就前往在槽81外进行荧光成像。
81.图7a是本发明的粉末去除装置20的一项实施例的透视图。如虚线方框箭头所示，反应器20在径向布置在两个杆24上的刷毛22上水平移动，然后通过在垂直刷毛22上。径向刷毛22可有效去除沿侧面粘附到反应器15的粉末76颗粒，而垂直刷毛22可有效去除沿底部粘附到反应器15的粉末76颗粒。不同尺寸的刷毛22组合可用于更有效地去除粉末76的颗粒。
82.图7b是本发明的粉末去除装置20的实施例的透视图。如虚线方框箭头所示，反应器20垂直移动穿过径向布置在两个杆24上的刷毛22。径向刷毛22有效地去除黏附在反应器15的侧面的粉末76颗粒，以便从反应器15的侧面进行荧光成像。由数个不同尺寸的刷毛22所组成的的组合可用于更有效地去除粉末76的颗粒。
83.图7c是本发明的粉末去除装置20的实施例的一个透视图。如虚线方框箭头所示，
反应器20通过平行排列的刷毛22垂直移动。粉末去除装置20具有第一层20a和第二层20b的叠层，层中的刷毛22彼此以一定角度排列。在操作中，粉末去除装置20通过如图所示的两层20a、20b接触反应器15。平行的刷毛22能有效地去除沿着侧面粘附到反应器15上的粉末颗粒76，以便从反应器15的侧面进行荧光成像。由不同尺寸的刷毛22所组成的组合可用于更有效地去除粉末76的颗粒。
84.图8a是本发明的一个实施例的透视图，其中粉末去除装置20包括了紧密间隔的弹性边缘25。如虚线方块箭头所示，反应器15垂直移动通过弹性边缘25。在操作中，弹性边缘25接触反应器15并有助于去除粘附在反应器15侧面的粉末76的颗粒，以便从反应器15的侧面进行荧光成像。图8b是图8a的平面图。虚线箭头说明弹性边缘25沿相反方向移动以让反应器15从中通过。图8c是双层粉末去除装置20的局部平面图，其具有以虚线表示的第一层20c和以实线表示的第二层20d，每一层都包括与图8b类似的装置20的多个部件。如图8b所示，两个层20c和20d的弹性边缘25彼此正交定向，反应器15的阵列穿过两者。图8d是图8c的局部视图，其中两个反应器15插入穿过沿水平方向示出的第一层20c中的装置20之一的弹性边缘25。实际上，在插入时，弹性边缘25在反应器15周围可能不是完全共形的，从而产生如图所示的一些间隙25a。这种情况在去除反应器15周围的粉末76的颗粒方面可能是低效的。图8e示出了与第一层20d正交的弹性边缘25a的第二层20c。这有助于去除未被第一层20c去除的粉末76的颗粒。
85.根据一个实施例，如图8b中的虚线箭头所示，在操作中，弹性边缘25沿相反方向移动以便为反应器15的移动轨迹产生足够的间隙，使得在反应器15插入浴槽50、51时，装置20不与反应器15接触。当反应器15被从浴槽50、51中取出时，弹性边缘25靠近以夹住反应器15。
86.图9a是本发明的实施例的透视图，示出了具有由四个扇区形成的弹性翼片26的重叠双层粉末去除装置20。虚线框箭头表示反应器15通过弹性翼片26的运动方向。图9b图解说明了两层20a和20b中的弹性翼片26如何从垂直于两层20a和20b的轴线a-a'偏心，而这项偏心特征以a-a’用于更有效地去除粉末76的颗粒。这也补偿了由于反应器转移机构85随时间的疲劳而在反应器15相对于粉末去除装置20的位置中所发生的微小错位。
87.图10a是本发明的实施例的透视图，其中重叠的双层粉末去除装置20具有刷毛22。图10b示出了两层20a和20b中的刷毛22如何从垂直于两层20a和20b的轴线a-a'偏心，并且这种偏心在相互相反的方向上参照轴a-a'，用于更有效地去除粉末76的颗粒。这也补偿了由于反应器转移机构85随时间的疲劳而在反应器15相对于粉末去除装置20的位置中发生的微小错位。
88.图11a是本发明的一个实施例的正横截面图，其中粉末去除装置20具有两个部分20e、20f，它们在反应器15被插入到浴槽50内用作浴槽介质的粉末76中时不接触反应器15。根据其他实施例，多于两个部分20e、20f也可被使用。图11b是图11a中本发明的实施例的正横截面图，其中两个部分20e和20f在反应器15被提升出粉末76的同时接触反应器15，使得黏附在反应器15上的粉末76颗粒能被移除。在该实施例中，粉末76的颗粒掉落回到浴槽50中。部分20e、20f可以在外表面周围夹住反应器15，以便在反应器15被从浴槽50中提升时基本上去除所有粉末76的颗粒。使用者也可以为设备200中的其他浴槽提供相同的机构。在操作中，仪器可有利地选择仅在反应器15从浴槽50或51中提出来时允许装置20与反应器15接
触，而在反应器15插入浴槽50或51时则不允许接触。类似地，如果装置20位于用于在荧光之前去除粉末76的浴槽50、51区域之外，则反应器15仅通过装置20一次。这减少了装置20的与反应器15接触的部分的磨损和撕裂。夹持反应器15的松紧度可被调节以适应粉末76的材料和粉末的粒径76。调节随着时间推移和随着使用次数而发生机械变化的夹持的松紧度也是有用的。尽管这里仅示出了一个反应器15，但是同样的概念也可以用于多个反应器15。
89.根据一个实施例，在使用中，粉末去除装置20位于浴槽50、51中的至少一个的顶部开口侧49上，使得装置20基本上覆盖开口侧49，同时使反应器15能够通过装置20插入和提离浴槽介质75。粉末去除装置20可以选择性地以足够牢固的力度覆盖开口侧49以在当浴槽50、51没有保持直立时防止粉末76溢出，粉末76具有5毫米的最大尺寸。
90.本领域技术人员将理解，刷毛22、织物23、弹性边缘25和弹性翼片26的柔性需要使得pcr的速度不受影响。刷毛22可由任何合适的材料制成，例如金属、织物、动物毛发、合成纤维等。
91.粉末76可以是任何类型的，例如陶瓷、金属如铜、玻璃、塑料等。这些中的任何一个也可以分散在液体中。粉末可优选具有大于0.3瓦/米.开尔文(w/mk)的热导率。
92.发明人没有观察到由于引入了粉末去除装置20而对pcr有造成任何速度上的减缓。使用者可以提供防护装置(未示出)以将去除的粉末76限制在指定区域内。较小颗粒尺寸的粉末76有利于保护反应器15免于破裂，尤其是当反应器15处于毛细管形式时。此外，由于增加的紧密度和较少的空隙，较小的颗粒尺寸提供了与反应器15的更有效的热交换。然而，粉末76的颗粒尺寸越小，与反应器15的粘附力就越大，因此对粉末去除装置20的要求就越高。粘附的程度还取决于诸如粉末76和反应器15的材料的组合的因素，如金属、陶瓷、玻璃、塑料和种类。
93.尽管较多的反应材料21比较适用于分析，但是毛细管形式的反应器15对于快速pcr还是优选的。市售毛细管的长度通常为10-20mm。
94.浴槽50、51的区域需要足够大以允许粉末76更容易地移动，以防止脆弱的毛细管破裂。沿着粉末76深度的温度梯度随着颗粒尺寸的减小而变小。
95.根据其它实施例，可以根据需要使用更多的浴槽。反应器15可以处于任何形式，例如毛细管、管、孔板、芯片或卡盒。第三浴槽(未示出)可用于让反应器15以达到预定的中目标温度，以对应于引物在核酸中的延伸或者引物或探针在核酸上的退火。
96.反应器15可由任何合适的材料制成，例如塑料、弹性体、玻璃、金属、陶瓷及其组合，其中塑料包括聚丙烯和聚碳酸酯。玻璃反应器15可以做成外径0.1mm-3mm、内径0.02mm-2mm等小直径玻璃毛细管的形式，金属可以是薄膜、薄腔、毛细管形式的铝。反应材料21可由具有化学或生物稳定性的非生物活性物质制成。反应器15的至少一部分最好是透明的。在另一个实施例中，反应器15可以是反应器阵列芯片或微流体反应器芯片或阵列芯片的形式。例如，反应器15可以是基板的孔或通道的形式并且可选地由固体材料层覆盖以形成封闭的反应室，反应流体或反应系统位于其中。反应器握持架33中的所有反应器15中的反应材料21可以不相同。如果浴温合适，仪器可以有利地同时对不同材料21进行pcr。反应器壁的至少一部分由透明材料制成，以便能够进行成像和检测程序。当使用上述装置100或200进行核酸分析和处理时，反应材料21包含了反应成分，此反应成分包括了至少一种酶、含有至少一种核酸的核酸和/或粒子、pcr所用的引物、等温扩增所用的引物、其它核酸扩增和处
理的引物、dntp、mg2 、荧光染料和探针、控制dna、控制rna、控制细胞、控制微生物，和其它核酸扩增、处理和分析所需的试剂。上述含有核酸的粒子包含至少一个细胞病毒、白血球和基质细胞、循环肿瘤细胞、胚胎细胞。其中一项应用可以是使用该设备100来针对相同一组引物和探针测试各种不同的反应系统，例如测试多于一种样品。在这种应用当中，不包含目标引物和/或探针的各种不同的反应材料21各自被置入一个反应器条中的反应器15，而所有反应器15内都预先置入了相同组的pcr引物和/或探针。在相同的应用当中，各种不同的反应材料21被与相应的pcr目标引物和/或探针预先混合，各自被置入反应器条里的一个反应器15，而所有反应器15内都并没有预先被置入相同组的pcr引物和/或探针。该反应材料21可包括控制基因和/或细胞和相应的荧光染料或探针。在上述情况下，不同的探针发射出不同波长的光。该方法和设备的另一项应用为针对不同组的引物和探针测试相同的反应材料21。这项应用的一个例子为测试一种样品来达到多于一个目的。在这项应用当中，一个单一反应材料21被加入各自装有至少一组相异的pcr引物和/或探针的反应器15。该反应材料可包括控制基因和/或细胞和相应的荧光染料或探针。在上述情况下，不同的探针发射出不同波长的光。上述反应材料21被用于聚合酶链式反应、逆转录-pcr、终点pcr、连接酶链式反应、核酸测序或各聚合酶链式反应(pcr)的变化的预扩增或模板富集、等温扩增、线性扩增、用于测序的文库制备、用于测序的桥扩增。上述聚合酶链式反应的变化包括逆转录-pcr、实时荧光定量聚合酶链式扩增反应和实时荧光定量逆转录聚合酶链式扩增反应、反向聚合酶链式扩增反应、锚定聚合酶链式扩增反应、不对称聚合酶链式扩增反应、多重pcr、色彩互补聚合酶链式扩增反应、免疫聚合酶链式扩增反应、巢式聚合酶链式扩增反应、预扩增或核酸测序的模板富集、elisa-pcr。
97.从以上描述中，本领域技术人员将会理解，在不偏离权利要求书中所阐明的本发明的情况下，可以对设计、构造和操作的细节进行许多变化或修改。