CN102422143A

CN102422143A - 处理生物样品和/或化学样品的装置

Info

Publication number: CN102422143A
Application number: CN2010800184698A
Authority: CN
Inventors: 于尔根·皮佩; 伊日·胡萨克; 马雷克·马丁克维奇
Original assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore
Current assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2012-04-18
Also published as: WO2010104478A8; EP2406614A1; US20120064534A1; WO2010104478A1

Abstract

本发明旨在提供一种用于处理至少一种生物样品和/或化学样品的装置。该装置包括基板、温度控制模块以及承载有磁场发生器和光学单元的旋转台。本发明还旨在提供一种包括所述装置和磁吸性物质的***，以及一种可使用本发明的装置而实施的方法。

Description

处理生物样品和/或化学样品的装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年3月10日提交的美国临时申请61/158,857号的优先权，为所有目的而将其全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明涉及用于处理至少一种生物样品和/或化学样品、具体为流体滴中的生物样品和/或化学样品的装置。

背景技术

化学、制药学和生物技术领域中的设备的小型化促进了用于控制液体流动并使许多化学反应和生物反应得以进行的微流体设备的发展。然而，因为缺乏合适的微组件，诸如微型分离器、微滤器或信号探测器，故所述设备不能将常规的、多功能的化学实验室缩微到单微芯片上。此外，所述设备确实还常常不能满足混合的需求。因此，常常将开孔设计(通常是多孔板)与自动混合及清洗设备组合使用。而且，这些***离片进行样品制备，并且例如依赖于用于光学测量(例如荧光测量)的传统显微镜。

关于处理的小型化和自动化，由于有可能将分离和处理体积调低至皮升(picoliter)/飞升(femtoliter)的范围，故流体滴的操控处理受到极大关注(例如WO 2004/030820)。已开发了几种用于液滴在表面上的移动、合并/混合、分离和加热的芯片实验室(LOC)、微全分析***(μTAS)和生物微机电***(BioMEMS)，例如介质上电润湿(EWOD)(Pollack，M.G.等，2000，Appl.Phys.Lett.，vol.77，pp.1725)、声表面波(SAW)(Wixforth，A.等，2002，mstnews，vol.5，pp.42)、双向电泳(Gascoyne，P.R.C.等，2004，Lab-on-a-Chip，vol.4，pp.299)及局部不对称环境(Daniel，S.等，2005，Langmuir，vol.21，pp.4240)。这些方法缺少进行连续生物处理的最重要操作：将原料和/或反应产物从粗制的混合物或复杂的混合物中分开/纯化/隔离的能力。

因此，本发明旨在提供用于至少克服上述某些问题的小型化设备。

发明内容

第一方面，本发明旨在提供一种用于处理至少一种生物样品和/或化学样品的装置。所述装置包括或由下列部件构成：基板，其具有流体接触表面；其中，流体接触表面包括使布置于其上的流体滴在与该基板的流体接触表面接触时能够保持完整的质地和浸润性；至少一个温度控制模块，其用于控制基板的流体接触表面处的至少一个不同温度区中的温度；旋转台，其布置在基板的流体接触表面的相反侧；其中，所述旋转台包括磁场发生器以及至少一个光学单元；其中，所述磁场发生器可平行于旋转台的旋转轴而垂直地活动；所述至少一个光学单元用于发射至少一个特定波长的光并用于检测至少一个特定波长的光。

另一方面，本发明旨在提供一种包括这里所述的装置和磁吸性物质或由它们构成的***。

另一方面，本发明旨在提供一种处理至少一种生物样品和/或化学样品的方法。所述方法包括或由下列步骤构成：将至少一个流体滴放置在这里所述的装置的基板的流体接触表面上；并且对至少一个流体滴中的生物样品和/或化学样品进行处理；其中，所述流体滴包括内相和外相，并且，外相与内相不混溶，且外相包围内相，并且，内相包括生物样品和/或化学样品，且内相通过外相与环境隔离；其中，所述流体滴包括磁吸性材料。

再一方面，本发明旨在提供这里所述的装置用于进行核酸扩增技术的用途。

附图说明

结合非限制性的示例及附图进行考虑，并参照详细说明，可更好地理解本发明，所述附图中：

图1表示支撑结构55及其上安装的旋转台15的示意图。

图2表示具有支撑结构55、旋转台15以及基板的流体接触表面57的装置的上视图。

图3表示贯穿基板、旋转台、旋转台的光学单元与支撑结构的截面图。

图4表示通过稀释5’-标记的5’-AGGTCGGGTGGGCGGGTCGTTA-3’(SEQ ID NO：4)而估计的检测限(LOD)的图。实线表示线性回归，而背景包括3倍信噪比(3SNR)。

图5表示基于TaqMan的双重qPCR期间产生的荧光测量结果的图。在有IAC(实心符号，10个拷贝/反应)的情况下靶物质(空心符号，0-10⁵个拷贝/反应)的不同定量标准的检测。靶物质[IAC]以FAM[TxRed]进行标记，随后进入蓝光[黄光]通道。与(外部)阳性对照相反，非靶的IAC与恰好处于同一流体滴中的靶DNA同时共同扩增。即使在样品中未存在靶DNA的情况下，IAC仍发出阳性对照信号。这样，可将真阴性PCR结果与由PCR失败引起的假阴性结果区分开来。

图6表示用于HIV-1qPCR检测的标准曲线。以9个单独实验(重复两次)的CT对HIV-1cDNA的拷贝数的log值来绘图。空心黑方块表示C_T值；黑实线为C_T值的线性回归拟合(R²＝0.9993)；短虚线表示上、下置信限。PCR效率为91％。在2.5μL反应体积中使用了10-10⁹个拷贝的HIV-1cDNA。

图7表示温度控制模块的可能形状的非限制性例子。

图8示意性地表示从下方看去的本发明的装置的温度控制模块的实施例。加热器600和传感器610每个都是同心的，加热器600围绕传感器620。导热体630包括由连接器640连接的两个同心部件以及具有一定长度的杆状部件650。在本实施例中，加热区的面积由导热体630的边缘确定。

图9表示温度控制模块的实施例的示意性横截面。样品为液滴570，液滴570包括内相510和外相520。基板530与同心导热体540接触，同心导热体540进而与同心加热器550和同心传感器560接触。

图10表示基板的照片，在该基板的流体接触表面上布置有流体滴。温度控制模块焊接于印刷电路板(PCB)。温度控制模块上方设有透明方形载玻片以作为基板。

图11表示使用本发明的装置和方法的PCR期间的温度/时间轮廓线。因为由PID***进行控制，故温度从94℃下降至54℃仅需2秒，而加热则明显更快。

图12在上视图(A)以及侧视图(B)中表示了通过第二流体滴705对流体滴700中的样品进行清洗处理，还图示了基板715的流体接触表面下面的磁体710。

图13表示使用本发明的方法进行的血液滴样品的遗传分析。白细胞被结合到液滴735中的功能化的磁吸性粒子720上，分离、清洗、使用薄膜传感器730控制的薄膜加热器725进行细胞热裂解，并进行反转录(RT)处理，然后进行聚合酶链反应(PCR)和焦磷酸测序(PSQ)。箭头表示样品移动的方向。

图14表示本发明的装置的实施例(图14(A))。图14(B)和图14(C)表示与包括在单独的STM3210E评估板上的TFT显示器的微控制器单元的可能组合。图14(A)所示的整个组件重约0.4kg。

图15表示通过由NdFeB合金(来自Neotexx)制成的锥状永磁体以及由两个钉住的盘构成的永磁体的磁力-距离测量结果。

具体实施方式

本发明的第一方面涉及一种处理至少一种生物样品和/或化学样品的装置。该装置包括具有流体接触表面的基板。流体接触表面具有这样的质地和浸润性：所述质地和浸润性可使布置于所述流体接触表面上的流体滴在与该基板的流体接触表面接触时能保持完整。所述装置还包括至少一个或两个温度控制模块，所述温度控制模块用于控制在基板的流体接触表面处的至少一个或两个不同的温度区中的温度。所述装置还包括布置在基板的流体接触表面的相反侧的旋转台。旋转台包括至少一个或两个磁场发生器，其中，所述磁场发生器可平行于旋转台的旋转轴而垂直地活动。旋转台还包括至少一个或两个光学单元，每个光学单元能够发射一个或至少一个特定波长的光并检测一个或至少一个特定波长的光。

这里所述的装置可用于在体积为微升或纳升的流体滴中进行生化或化学反应的方法。在本发明的所述装置的流体接触表面处，例如可以以US 20090263870 A1、WO 2007/094744 A1或Pipper，J.，Inoue，M.等(2007，Nature Medicine；vol.13，no.10，pp.1259)所述的方式来实施这些包含小流体滴的方法。

而且，本发明的装置不仅允许在基板的流体接触表面处进行所述生化或化学反应，还可使用集成于本发明的装置中的至少一个或两个光学单元来监测这些反应的进展。这种构造避免了使用笨重的显微镜，在很多应用中，必须使用所述显微镜，以事后分析生化或化学反应的结果，且所述所述显微镜与小型化设备分离，或者必须被置于小型化设备上，以在生化或化学反应发生时监测这些反应的进展。

此外，本发明的装置允许在其流体接触表面处同时进行多个反应。这一点特别重要，因为单个样品的测量通常需要诸如阳性对照或阴性对照的对照实验。本发明的装置的设置可实现同时测量多个样品。

而且，使用一个以上光学单元可对每个样品使用不同的波长。例如，在所述装置的流体接触表面处进行聚合酶链反应时，可进行包括几个靶物质和诸如荧光团的多个不同的光学活性物质的多重PCR。于是，这里所述的装置允许在小的面积(footprint)上进行样品的制备、处理和监测。

在这里所述的装置中，在旋转台上布置有或在旋转台中集成有至少一个或两个光学单元，所述光学单元可用于监测生物样品和/或化学样品的生化或化学反应的进展。所述旋转台可以是任何形状，例如方形、圆形或者诸如六角形或八角形的多角形。旋转台的旋转可使光学单元和磁场发生器定位在装置的流体接触表面处的流体滴下面。于是，磁场发生器以及至少一个或两个光学单元布置在旋转台上的圆轨道上。圆轨道或通道与基板的流体接触表面处的至少一个或两个不同温度区对准。这种对准是受期望的，用以确保流体滴位于温度区的范围内，在该范围内，可使待检查的样品进行PCR期间必需的例如热循环的热处理。还可将不同的光学单元和磁场发生器定位在旋转台上的不同圆轨道上。在一个实施例中，还可使用一个以上磁场发生器。不同的磁场发生器和光学单元可设置在旋转台上的同一或不同圆轨道上。这样，可更有效地利用基板的流体接触表面上的空间，这还会增加旋转台的流体接触表面处的待分析的样品数。例如，一组至少一个或两个光学单元和至少一个或两个磁场发生器可定位在更靠近台的外边缘的旋转台的外部圆轨道上，而另一组至少一个或两个光学单元和至少一个或两个磁场发生器定位在台的内部圆轨道上。外部圆轨道上的光学单元和内部圆轨道上的光学单元可相对于彼此而错开位置，以在旋转台中并入几个光学单元。

至少一个或两个光学单元具有双重功能。首先，光学单元可用于激发在基板的流体接触表面处的流体滴中所包含的光学活性分子。其次，光学单元将由任何所述光学活性分子发出的任何光信号导入探测器。由于一些光学活性分子需要特定激发波长，故可选择光学单元以将不同波长的光导入位于基板的流体接触表面上的流体滴。

因此，这里提到的光学单元包括激发光源，该激发光源用于提供特定单波长的激发光或不同特定波长的激发光。光学单元还包括检测模块，该检测模块用于将由布置于基板的流体接触表面上的流体滴中所包含的成分或光学活性分子发射的特定波长的光或至少两个特定波长的光导入光探测器。光学单元还包括光选择与引导器件。光选择与引导器件可定位为：a)将激发光导向可布置于基板的流体接触表面上的流体滴；以及b)将从可布置于基板的流体接触表面上的流体滴倾斜的光导入检测模块。所述装置可包括至少一个或至少两个或至少三个或至少四个光学单元。所述装置还可包括四个以上光学单元。

在一个实施例中，激发光源可以为用于过滤从发光***接收的至少一个特定波长的光的激发滤光器。在一个实施例中，激发滤光器为单波段激发滤光器或双波段激发滤光器。激发滤光器为例如可用于荧光显微镜和光谱学应用中的高质量光学玻璃滤光器。激发滤光器用于选择来自于光源的至少一个激发波长的光。一些激发滤光器选择来自于激发光源的相对短波长的光。所使用的激发滤光器可包括两种主要类型，即短通滤光器和带通滤光器。其他形式的激发滤光器包括单色器、与狭缝耦合的楔形棱镜(用于激发光的选择)以及全息衍射光栅的使用等。

于是，这里采用的滤光器可对来自共同光源或来自不同光源的光进行过滤以选择出期望的波长，所述波长用于激发包含在基板的流体接触表面处的流体滴中的成分或光学活性分子。

所述装置设计为使得激发光源或激发滤光器可拆卸地布置在该装置的旋转台内。于是，取决于应用，可用能提供适合于期望应用的波长的激发光的激发光源或激发滤光器来替代上述激发光源或激发滤光器。

为了更具体地选择从所述成分或光学活性分子中发射的光的发射波长并在检测前消除激发光的痕迹，可使用发射滤光器。发射滤光器通常是又称作干涉滤光器的特殊型滤光器，这种滤光器因其遮挡波段传输的方式而得名。干涉滤光器在其特征带通以外的透射率极低。于是，干涉滤光器在选择期望的激发波长和发射波长方面非常高效。

因此，在一个实施例中，这里所述的装置中所包括的检测模块可以是发射滤光器，所述发射滤光器用于对由可布置于基板的流体接触表面上的流体滴中所包含的成分所发射的特定波长的光进行过滤。在一个实施例中，使用能对至少两个不同的波长的光进行过滤的双波段发射滤光器。

光选择与引导器件具有这样的功能，即，将来自激发光源的光导向基板的流体接触表面，同时阻止激发光到达光探测器。因此，在一个实施例中，使用了二向色分束器(也称作二向色镜)。在另一实施例中，使用双波段二向色分束器(也称作双波段二向色镜)。多层电介质涂层使二向色分束器能够反射特定波长区域并透射其他区域。在这里所述的装置的应用中，二向色分束器将激发光反射至流体接触表面，并且透射由位于基板的流体接触表面处的样品中包含的成分或光学活性分子所发射的光。“二向色”分束器与一般的分束器的不同之处在于，可在任一光束的强度没有大的损耗的情况下对光束进行合并或分离，所述任一光束即激发光以及由位于基板的流体接触表面处的样品中所包含的成分或光学活性分子发射的光。而且，分束器通常设置为使倾斜光的入射角度为45°。

分束器例如可由硬涂型离子束溅射薄涂层制成，该薄涂层不使用任何粘合剂而设置在简易的超低自发荧光型熔融石英基板上。电介质玻璃涂层与划痕-麻点(scratch-dig)为40-20的玻璃基板自身一样硬。此外，分束器实际上不受湿度引起的移位的影响。涂层玻璃的均匀性和高平整度避免了不期望的波前畸变。可如对标准玻璃光学器件那样对滤光器进行清洗和操作。即使长久使用并暴露于紫外光的情况下，滤光器仍能承受高的光照射强度而不发生明显的劣化或烧坏。

在这里所述的装置的一个实施例中，分束器位于激发光源、基板和检测模块之间。在该位置处，滤光器用于对由位于基板的流体接触表面处的样品中包含的成分或光学活性分子所发射的光的发射波长进行选择，并消除通过激发光源激发的波长的任何痕迹。

如同激发光源，可将检测模块和光选择与引导器件可拆卸地设置在光学单元中。这样允许替换这些部件，以使光学单元适应于各自的应用。

在一个实施例中，所述装置包括一个以上光学单元，所述光学单元使用诸如双波段激发滤光器的双波段激发光源、诸如双波段二向色镜的双波段光选择与引导器件以及诸如双波段发射滤光器的双波段检测模块。在另一实施例中，所述装置包括至少两个光学单元，所述光学单元使用诸如单波段激发滤光器的单波段激发光源、诸如单波段二向色镜的单波段光选择与引导器件以及诸如单波段发射滤光器的单波段检测模块。与使用单波段***时仅激发一种分子相比，使用双波段***可同时激发流体滴中的两种不同的分子。单波段***引导一个特定波长的光通过光学单元，而双波段***引导两种不同波长的光通过光学单元。为防止两种不同波长的光发生干涉，可将所述光调制为不同频率。

使用双波段***可少使用一个单波段光学单元。换言之，对于双波段***，每个单个光学单元可用于同时激发一个流体滴中的两种光学活性分子，而仅导入一个特定波长的光的光学单元仅可对装置的流体接触表面的表面处的流体滴中所包含的一种光学活性分子进行激发。于是，使用双波段***可进一步提高本发明的装置的性能。

光学单元还可包括透镜以帮助将光导入并聚焦在光学单元内。例如，在一个实施例中，光学单元包括位于检测模块的与光选择与引导器件所位于的那一侧相反的一侧的透镜。该透镜用于将来自检测模块的入射光聚焦在光探测器上。在一个实施例中，该透镜还可位于光探测器正上方，从而不是构成光学单元的一部分，而是构成还承载有光探测器和发光***的支撑结构的一部分。这种情况下，只需要位于光探测器正前面的一个透镜，而不需要任何光学单元来承载在检测模块的与光选择与引导器件所位于的那一侧相反的一侧的透镜。

在又一实施例中，光学单元中的另一透镜可定位为将从光选择与引导器件接收的激发光聚焦在流体接触表面上，或者聚焦在基板的流体接触表面上所布置的流体滴上，并且该另一透镜恰好定位于其中激发光穿过流体接触表面并入射至流体滴的位置。

所述透镜可以是本领域已知并可用于实施上述功能的任何透镜。在一个实施例中，使用非球面透镜。非球面透镜是其表面角和轮廓既不是球面的部分也不是柱面的部分的任何透镜。类似于乒乓球，常规透镜或球面透镜在它们的整个表面上具有相同的曲率。非球面透镜可实现同样量的折射，但是更平更纤细。相比于单透镜，非球面透镜的更复杂的表面轮廓可减小或消除球面像差，并且还可减小其他光学像差。单片非球面透镜可替代更为复杂的多透镜***。由此得到的器件更小更轻，并且通常比多透镜设计更便宜。

可与旋转台的旋转轴平行地垂直活动的至少一个磁场发生器可以是磁体，例如为永磁体。在一个实施例中，本发明的装置中使用的磁体的磁场用于克服流体滴的摩擦力和表面张力。当要用磁场发生器移动基板的流体接触表面处的可磁化物质时，使磁场发生器移动至该磁场发生器的上部位置，在该上部位置处，该磁场发生器最靠近与具有流体接触表面的基板的一侧相反的基板侧。当不用磁场发生器移动基板的流体接触表面处的任何可磁化物质时，使该磁场发生器移动至该磁场发生器的下部位置。

在一个实施例中，磁场发生器具有适于将磁力集中在基板的流体接触表面处的斑点上的形状。合适的磁体形状包括其尖端指向基板的锥状磁体或者中间有孔的立方体磁体。类似于锥状磁场发生器，所述孔会使磁通线集中在该孔略上方的一点。本领域技术人员知道如何选择磁场发生器和基板之间的距离，以确保磁通线的最强点恰好集中在磁体的流体接触表面处的斑点。在一个例子中，以锥状永磁体和包括两个钉住的盘的磁体来进行磁力-距离测量(见图15)。基于这些结果，在一个实施例中，流体接触表面处的磁场强度优选地等于或约为400mT，以确保流体接触表面处的流体滴可移动。例如，在采用锥状永磁体的情况下，400mT的磁场强度关联有距锥状磁体的尖端约为2～3mm的距离。

这里所述的装置还可包括支撑结构。支撑结构可以以其部件来支撑基板、至少两个温度控制模块以及旋转台。在旋转台不承载光探测器的情况下，支撑结构可承载至少一个或至少两个光探测器。至少一个光探测器可相对于旋转台而布置在允许对穿过旋转台的检测模块的光进行检测的位置处。由于旋转台可旋转，且在一个实施例中，支撑结构相对于旋转台具有固定的位置，故旋转台中容纳的光学单元必须定位在光探测器上方。旋转台的旋转允许将旋转台的至少一个光学单元定位为紧邻于光探测器，以便允许对由样品中的成分或光学活性分子发射并穿过光学单元的光的测量。

在旋转台包括位于不同的圆轨道上的不同光学单元的情况下，支撑结构可承载另一光探测器，类似于光学单元，该另一光探测器定位为更靠近该支撑结构上所安装的台的旋转轴。这样，如果光学单元设置于光探测器正上方，则至少一个或两个光探测器可确保从外部圆轨道上的光学单元和内部圆轨道上的光学单元接收的信号能够同时被测量。

光探测器可以是响应于或用于测量诸如紫外线、红外线或可见光等的光强的任何电子器件，具体可以为光电二极管。光探测器通过光电效应而将光能转换为电能。可使用本领域已知的任何光探测器。例如，光探测器可以是光电倍增管(PMT)、光电晶体管或雪崩二极管(APD)。在一个实施例中，使用西门子(Siemens)的BPW21蓝光增强型光电二极管。

支撑结构还可包括发光***，该发光***布置为使光耦合到至少两个光学单元的至少一个中。在一个实施例中，发光***将来自诸如LED的单光源的光耦合到至少一个光学单元中。在另一实施例中，发光***包括LED阵列，其中，每个LED发射不同波长的光。例如，所述阵列可包括五个不同的LED，以便将来自于白光LED、蓝光LED、绿光LED、橙光LED和红光LED的光耦合到所述至少两个光学单元的至少一个中。在又一实施例中，使用诸如双色LED的双色光源。还可在发光***中使用上述光源的组合。当期望在旋转台的不同光学单元处同时进行不同的测量时，支撑结构还可承载多于一个的发光***。在一个实施例中，设置了一个发光***，该发光***用于将光耦合到旋转台的光学单元中。通过将旋转台移动至使得光学单元的激发光源的位置与发光***的位置对准的位置处，从而使每个各自的光学单元设置为与发光***极接近。若必要的话，可在发光***和光学单元的激发光源之间设置透镜，以便使光聚焦并耦合至光学单元中。所述透镜可以是非球面透镜。透镜可构成支撑结构和发光***的一部分，或者可构成光学单元的一部分，并且定位在激发光源的与光选择与引导器件所定位的那一侧相反的一侧，即，激发光源位于透镜和光选择与引导器件之间。

支撑结构还可包括诸如步进电机的驱动器件，该驱动器件连接于旋转台并使旋转台绕其中心轴以顺时针方向和/或逆时针方向转动。

所述装置还包括至少一个温度控制模块。温度控制模块可调节位于温度区内的生物样品和/或化学样品的温度。温度区内的温度由温度控制模块来控制。位于基板的流体接触表面处的温度区的尺寸和形状取决于温度控制模块的尺寸和形状。

在一个实施例中，这里所述的装置包括至少两个温度控制模块。在另一实施例中，所述装置包括多个温度控制模块。在一个实施例中，所述装置包括至少四个温度控制模块。在所述装置包括一个以上温度控制模块的情况下，所述温度控制模块通常彼此热隔离。可通过以不良导热体材料来隔开温度控制模块而实现所述隔离，所述材料例如为塑料、木材、玻璃、石英、水、空气或陶瓷。

当期望时，所述装置还可包括例如冷却模块等温度控制构件。此外或作为替代，温度控制模块可包括冷却器，该冷却器例如能够与导热体热连通。在期望在约为室温或大于室温的温度值下处理样品的很多实施例中，可不用冷却器而方便地使样品由较高温度值冷却至较低温度值，例如由94℃冷却至55℃。可容易地将本发明的装置设计为允许导热体和样品进行热辐射，所述热辐射提供了快的冷却速率(例如图11)。

温度控制模块(或者至少一个或两个温度控制模块中的至少一个以及某些实施例中为这些温度控制模块中的每一个)基于直接加热***，这是因为所述温度控制模块包括加热器和温度传感器。所述温度控制模块还包括导热体。加热器能够与导热体热连通，于是能够加热导热体。作为示例，加热器可与导热体接触。在温度传感器的控制下，加热器从而可将导热体加热至期望的温度并/或使导热体保持在期望的温度值。而且，加热器将导热体加热到的温度值的下降经常有效地导致导热体的温度下降，并且可称作“冷却”。通常，温度传感器布置为例如通过直接接触而可与导热体相连。导热体可以是能够导热的任何材料。导热体例如可包括金属、半导体、金刚石、碳纳米管或富勒烯化合物。合适的金属的例子包括但不限于是银、铜、铝、锌、金、铂、钛、铁、铅、镍、铱以及镉。合适的半导体的两个示例是硅和锗。银和硅是导热体的两个典型例子，其热导率分别为410Wm^-1K^-1和157Wm^-1K^-1。

加热器、传感器和导热体可以是任何形状并相对于彼此以任何方向布置。在一些实施例中，加热器和导热体布置在同一平面内。在这些实施例的一些之中，加热器和传感器布置为彼此紧邻。

本发明的装置设计为使具有流体接触表面的基板位于温度控制模块上方。这里所用的术语“上方”和“下方”指的是这样的位置，即在所述位置处，所述的装置保持为使得基板布置为可与温度控制模块紧邻，并且一旦定位后可仅靠重力而固定。在一些实施例中，加热器位于导热体下方。在一些实施例中，加热器和传感器均位于导热体下方。

在一些实施例中，加热器包括与基板的流体接触表面基本上平行布置的表面，在所述基板的该流体接触表面上可布置有流体滴。在一些实施例中，加热器包括与基板的可布置样品的流体接触表面基本上平行布置的表面。在一些实施例中，加热器和传感器都包括与基板的可布置样品的流体接触表面基本上平行布置的表面。在这些实施例的一些之中，加热器和传感器每个都包括布置在公共面内的表面。于是，该公共面基本上平行于基板的可布置样品的流体接触表面。在这些实施例之任一个中，加热器和/或传感器可位于导热体下方。

在这些实施例之任一个中，尤其是当加热器和传感器每个都包括布置在公共面内的表面时，加热器或传感器可以是同心的。在一些实施例中，加热器和传感器均为同心的。加热器和/或传感器或者两者的一部分例如可具有下列形状，即空心圆形、空心矩形、空心三角形、空心方形或任何中空的形状或任何寡面体(oligoedron)(例如图7)。在一个实施例中，加热器和传感器均为同心的，并且加热器围绕传感器。在另一实施例中，加热器和传感器均为同心的，并且传感器围绕加热器。在一个实施例中，如图9中的横截面所示，加热器和传感器均为同心的且布置于同心导热体下面。应当注意，在所示的实施例中，加热器、传感器和导热体包括中空区域，因此它们每个都以各自的对出现。

在一个实施例中，温度控制模块布置于或定位于基板和旋转台之间，或者更精确地，布置于或定位于旋转台的光学单元和基板之间。于是，温度控制模块通常设计为允许来自光学单元和入射至光学单元的光通过。在一个实施例中，诸如加热器、导热体和温度传感器等温度控制模块的部件布置为允许来自流体接触表面和入射至流体接触表面的诸如激发光或发射光等光通过。在另一实施例中，温度控制模块在中间包括允许光通过的同心孔。

在又一实施例中，温度控制模块构成基板的组成部分，这意味着使温度控制模块内置于或嵌入基板中。在这种集成结构中，温度控制模块的形状和设计仍可与温度控制模块布置在光学单元和基板之间的实施例中的相同。

在一个实施例中，导热体或其一部分为可与传感器和/或加热器的形状匹配的形状。当传感器和加热器例如为空心方形同心形状或空心圆形同心形状时，导热体可具有相应的空心方形同心形状或空心圆形同心形状。当导热体的一部分与传感器和/或加热器的形状匹配时，导热体可包括任何期望形状的其他附加部分。作为示例，导热体可包括杆状部件。例如，当能够与传感器和/或加热器的形状匹配的导热体的部分为圆形轮廓时，导热体可为圆环状。图8表示示例性实施例，其中，导热体包括由连接器连接的两个同心部分。这些同心部分的内侧与同心传感器和同心加热器直接接触，所述同心加热器围绕同心传感器。导热体还包括杆状部件。于是，可认为导热体为双圆环状。热导率由导热体的材料、杆状部件的长度和同心部分的横截面给定。热容由双圆环体积(图8)与样品体积给定。

图10表示以盖玻片作为基板且其上放置有流体滴的布置。图10所示的样品为每个体积为1μl且直接放置在温度控制模块上方的水基液滴，所述温度控制模块位于基板的另一侧。图10所示的实施例中的水滴覆盖有5μl矿物油。

在谈及基板和流体接触表面的结构和组成之前，先提供关于基板的流体接触表面上布置的生物样品和/或化学样品的信息。由于在基板的流体接触表面处的生物样品和/或化学样品的涂敷方式决定了基板和流体接触表面的所需特性，故描述了样品的类型及其制备方法。

生物样品和/或化学样品可以是任何来源。例如，所述样品可来源于人、非人类动物、植物、细菌、病毒、孢子、真菌或原生动物或者来源于合成原料或生物原料的有机或无机材料。因此，可使用下列样品，所述样品包括但不限于土壤样品、空气样品、环境样品、细胞培养物样品、骨髓样品、雨水样品、沉降物样品、污水样品、地下水样品、磨蚀样品(abrasion sample)、考古学样品、食物样品、血液样品、血清样品、血浆样品、尿样品、粪便样品、***样品、淋巴液样品、脑脊髓液样品、鼻咽清洗样品、痰液样品、口腔抹片样品、咽喉抹片样品、鼻抹片样品、支气管肺泡灌洗样品、支气管分泌物样品、乳样品、羊水样品、活组织检查样品、癌样品、肿瘤样品、组织样品、细胞样品、细胞培养物样品、细胞裂解物样品、病毒培养物样品、指甲样品、毛发样品、皮肤样品、法医样品、感染样品、医院感染样品、产品样品、药物制剂样品、生物分子产品样品、蛋白制剂样品、脂质制剂样品、碳水化合物制剂样品、太空样品、地球外样品或它们的任意组合。

若有需要，可将各样品预处理到任意程度。作为示例，在用于本发明的装置之前，组织样品可以被消化、匀浆或离心。所述样品还可以制备成流体形式，例如溶液。流体形式的例子包括但不限于如下物质的溶液或浆液：核苷酸、多聚核苷酸、核酸、肽、多肽、氨基酸、蛋白质、合成聚合物、生化组合物、有机化学组合物、无机化学组合物、金属、脂质、碳水化合物、组合化学产物、候选药物分子、药物分子、药物代谢物或其任意组合；流体形式的例子还包括但不限于金属悬浮液、合金悬浮液、金属离子溶液或其任意组合；以及细胞悬浮液、病毒悬浮液、微生物悬浮液、病原体悬浮液、放射性化合物的悬浮液或它们的任意组合。应当理解，样品还可包括前述例子的任意组合。

某些样品包括或期望包括靶物质或其前体。例如，靶物质可以是添加到或包含在样品中的细胞或分子，并且可能期望使靶物质受热。作为另一例子，靶物质可能是已知的化合物或是理论上通过增加温度时发生的化学处理而可由前体化合物获得的化合物。在这种情况下，样品例如可包括所述前体化合物的溶液。

因此，靶物质或其前体可具有任何性质。所述物质的例子包括核苷酸、寡核苷酸、多聚核苷酸、核酸、肽、多肽、氨基酸、蛋白质、合成聚合物、生化组合物、有机化学组合物、无机化学组合物、脂质、碳水化合物、组合化学产物、候选药物分子、药物分子、药物代谢物、细胞、病毒、微生物或它们的任意组合，但不限于此。在靶物质例如是蛋白质、多肽、肽、核酸、多聚核苷酸或寡核苷酸的实施方式中，所述靶物质可含有亲和标签。亲和标签的例子包括生物素、二硝基酚或地高辛配基，但不限于此。

对于靶物质是蛋白质、多肽或肽的情况，亲和标签的其他例子包括寡聚组氨酸、多聚组氨酸、免疫球蛋白域、麦芽糖结合蛋白、谷胱甘肽S转移酶(GST)、钙调蛋白结合肽(CBP)、FLAG’-肽。对于靶物质是核酸、多聚核苷酸或寡核苷酸的情况，亲和标签还可以是寡核苷酸标签。所述寡核苷酸标签例如可以用于与互补的序列的固定的寡核苷酸杂交。各亲和标签可位于靶物质的任何部位内或连接于靶物质的任何部位。一个示例是，可操作地将亲和标签融合到前述任意示例性蛋白质的氨基端或羧基端。

生物样品和/或化学样品可包含在例如液滴的流体滴中。作为示例，所述样品可包含在所述流体滴的内相中。这种流体滴的内相可具有例如约1pl～约1ml范围内的体积、或约0.1nl～约500μl范围内的体积、或约100nl～约100μl范围内的体积、或1nl～约1μl范围内的体积。在一些实施例中，在空气中处理体积为1ml以上的流体滴需要进一步适应流体滴环境。在这一点上，本领域技术人员应该明白，当使用较大体积(例如2ml)的流体滴时，各流体滴在接触表面时会分离成更小的流体滴。当在这里所述的装置上使用这种流体滴而不期望发生所述分离时，很容易通过实验确定所选流体滴的合适体积。

流体滴可包含磁吸性物质。通常，流体滴的仅一个相(即所述流体滴的外相或内相)含有磁吸性物质。作为示例，在一些实施例中，在流体滴中可包含诸如铁磁流体的磁流体。例如，可从Ferrotec(Nashua，NH，美国)商购得到以亚域磁吸性粒子在液体载体中的胶状悬浮液的形式存在的铁磁流体。各铁磁流体例如可基于非极性液体并形成流体滴的外相。在这种情况下，所述内相例如可以是水溶液。

作为另一个示例，在流体滴的相中可包含富铁细菌。许多菌种含有其代谢所需要的铁。大量的菌种(包括脑膜炎奈瑟菌和淋病奈瑟菌)具有例如铁传递蛋白和/或乳铁传递蛋白的铁吸收***。只在某些实施例中，所述细菌才含有足量的铁而作为磁吸性物质，并于是可通过这里所述装置的磁场发生器而被驱动。

磁吸性粒子可能够吸引靶物质。在一些实施例中，磁吸性粒子可被功能化为对诸如特定核酸等靶物质具有特别的亲和力并捕获靶物质，因此，所述磁吸性粒子可用作结合手段。

磁吸性粒子在这里中称为“磁粒”或“磁珠”。磁粒可含有反磁性材料、铁磁性材料、顺磁性材料或超顺磁性材料。超顺磁性材料以感应磁场对磁场作出响应而不发生永久磁化。基于氧化铁的磁粒例如是可从Dynal Biotech商购得到的

磁珠可设计成具有通过化学吸附(例如共价键)或物理吸附(例如静电吸引)而吸引靶物质的功能。在这些实施方式中使用的磁粒可使表面具有对某物质的亲和力，从而例如可以吸附/解吸附蛋白质、肽、核酸及其它化合物。例子包括物理方式(例如π-堆积、偶极-偶极、诱导偶极-偶极、范德华力、相反电荷或氢键)的吸引，例如抗体-抗原的结合吸引，以及对靶物质有结合活性的配体与靶物质之间(例如配体与金属)形成的亲和吸引，但不限于此。作为另两个示例，可依赖于物理化学键(例如金与硫醇之间的键)、或几何学方式(例如尺寸排阻方式)。还可对同一磁粒或几个磁粒的不同区域进行设计以吸引或“捕获”靶物质。

在某些实施例中，所述磁粒包含能结合被怀疑或已知包含在生物样品和/或化学样品中的靶物质的配体。在一些实施例中，所述配体能选择性地结合所述靶物质，所述靶物质例如离子、聚离子、金属、DNA、RNA、蛋白质(包括其合成类似物)、细菌细胞、孢子、病毒、小分子量有机分子或无机化合物等。各配体可以固定到至少一个磁吸性粒子的表面。

各配体例如可以是基于烃的(包括聚合体的)配体并且包括含氮基团、含磷基团、含硫基团、含碳基团、含卤素基团或含拟卤素基团。配体可以是醇、有机酸、无机酸、胺、膦、硫醇、二硫化物、烷烃、氨基酸、肽、寡肽、多肽、蛋白质、核酸、脂质、糖、寡糖或多糖。另一例子是，配体还可以是阳离子、阴离子、聚阳离子、聚阴离子、电解质、聚电解质、碳纳米管、碳纳米泡沫、二氧化硅粒子、玻璃粒子或铝硅酸盐(alumosilicate)。通常，所述配体对靶物质的亲和力比对其它物质高。

各配体的例子包括冠醚、抗体、抗体片段及具有类抗体功能的蛋白结合分子，但不限于此。(重组)抗体片段的例子是Fab片段、Fv片段、单链Fv片段(scFv)、双功能抗体(diabodies)或域抗体。具有类抗体功能的蛋白结合分子的例子是基于脂质运载蛋白(lipocallin)家族的多肽的突变蛋白。适宜配体的其它例子包括分子印迹结构、细胞外基质、凝集素、蛋白A、蛋白G、金属、金属离子、次氮基三乙酸(NTA)衍生物、RGD基序、右旋糖苷、聚乙烯亚胺(PEI)、聚电解质、氧化还原聚合物、糖蛋白、适配体、酶、染料、链霉亲和素、直链淀粉、麦芽糖、纤维素、甲壳素、谷胱甘肽、钙调蛋白、明胶、多粘菌素、肝素、NAD、NADP、赖氨酸、精氨酸、苄脒、多聚尿苷(poly U)或寡脱氧胸苷(oligo-dT)，但不限于此。已知例如伴刀豆球蛋白A的凝集素与多糖类和糖基化的蛋白质相结合。染料的示例是三嗪染料，例如特异性结合NADH依赖性酶的辛巴蓝(Cibacron blue F3G-A，CB)或活性红(Red HE-3B)。

在某些实施例中，靶物质是被怀疑或已知存在于其它(不期望的)物质内、需要从所述物质中提取出来的分子。从有机体、有机体的一部分或胚胎中提取分子的过程例如可包括使用一种化合物，所述化合物能促使所期望的分子从有机体或有机体的一部分转移到流体内。从有机体的一部分中提取分子的示例是对整合到细胞膜中的蛋白质(全部或部分)进行提取。常常希望将所述蛋白质转移到水溶液中作进一步处理。促进所述蛋白质转移到水溶液中的化合物是洗涤剂。用添加有洗涤剂的水溶液接触各细胞膜通常导致膜蛋白的提取。在使用磁粒时，所述磁粒可同时作为靶物质的载体，或者，所述磁粒本身在传感器技术中用作标签或放大器。

作为示例，靶物质可与固定在流体滴中的不同磁粒上的配体相结合。通过另外的亲和配体，靶物质无论是结合到固定相上、溶液中还是其它物质上，它都可以和与其相结合的磁粒一起被分离出来。当磁粒受磁场作用时，它们形成偶极磁场。这种偶极磁场可用偶极传感器来检测。通过定量测定传感器阻抗的振幅，可确定靶物质的量。所述流体滴还包括内相和外相。所述外相包围所述内相。在一些实施例中，所述外相是容纳所述内相的体相。在其它实施例中，所述外相作为膜而包围所述内相。所述外相的流体可以是液体或气体。所述内相的流体通常是液体。

在流体滴的外相为膜的实施例中，膜的体积通常处于内相体积的几个数量级以下至几个数量级以上的范围内。内相与外相的体积比可以选在例如约1000∶1～约1∶1000的范围内，例如在约10∶1～约1∶10的范围内。例如，对于涉及室温下的一个以上液滴的应用场合，希望选择大的内相与外相的体积比，例如体积比约为1000∶1。对于涉及约100℃的温度范围中的一个以上液滴的应用场合，希望选择小的内相与外相的体积比，例如体积比约为1∶1000。

所述外相与所述内相不混溶。通常，所述外相的流体与所述内相的流体不混溶。任何流体均可用于各相，只要满足以下条件：(a)与其它相不混溶，从而可以形成两个分离的相；并且(b)所述流体不会阻止所期望的处理的进行。

通常在内相中分别进行化学处理和生化处理。因此，所选流体可具有任何性质。当所选相为液体或气体时，其例如可以分别是极性或非极性的液体或气体。为了表征例如与其它液体的可溶性和混溶性等性质，常常将液体分为极性液体和非极性液体。

非极性液体的例子包括己烷、庚烷、环己烷、苯、甲苯、二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、二噁烷、***或二异丙醚，但不限于此。还可使用的偶极非质子液体的例子是甲基乙基酮、氯仿、四氢呋喃、乙二醇单丁醚、吡啶或二甲亚砜，仅举几个为例。极性质子液体的例子是水、甲醇、异丙醇、叔丁醇、甲酸、盐酸、硫酸、乙酸、三氟乙酸或氯苯酚。

两个不混溶的相例如可这样获得，即选择极性流体(例如亲水性液体)为一相，选择非极性流体(例如疏水性液体)为另一相。在一些实施例中，流体滴的内相流体可以是极性液体，而流体滴的外相流体可以是非极性液体。合适的极性液体包括水、氧化氘、氧化氚、醇、有机酸(包括其盐)、无机酸(包括其盐)、有机酸酯、无机酸酯、醚、胺(包括其盐)、酰胺、腈、酮、离子洗涤剂、非离子洗涤剂、二氧化碳、二甲基砜、二甲亚砜、硫醇、二硫化物以及极性离子液体，但不限于此。

作为示例，所述流体滴的内相流体可以是亲水性液体，而所述流体滴的外相流体可以是疏水性液体。亲水性(“亲水的”)液体，也称为疏脂性(“疏脂的”)液体，含有能与水分子形成偶极-偶极相互作用并由此溶于水分子中的分子。疏水性(“憎水的”)液体，也称为亲脂性液体，趋于从水中分离出来。亲水性液体的例子包括但不限于是水、丙酮、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、四氢呋喃、吡啶、氯仿、乙二醇单丁醚或吡啶，仅举几个为例。

极性离子液体的例子包括但不限于是1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、N-丁基-4-甲基吡啶四氟硼酸盐、1，3-二烷基咪唑-四氟硼酸盐或1，3-二烷基咪唑-六氟硼酸盐，仅举几个为例。非极性液体的例子包括但不限于是矿物油、己烷、庚烷、环己烷或苯，仅举几个为例。

非极性离子液体的例子包括但不限于是1-乙基-3-甲基咪唑双[(三氟甲基)-磺酰]酰胺双(三氟甲磺酰基)酰胺或1-乙基-3-甲基咪唑双[(三氟甲基)-磺酰]酰胺三氟乙酸盐，仅举几个为例。

流体滴的相可包括例如溶解、乳化或悬浮于流体滴中的其它物质。作为示例，在使用水相时，它可包括一种或多种缓冲化合物。很多缓冲化合物已用于本领域，并可用于进行各种处理。

流体滴的相中所包含物质的其它例子包括进行化学或生物处理所用的试剂、催化剂和反应物，但不限于此。一个示例是，为保持细胞或蛋白质处于完整状态，可以加入盐、底物或洗涤剂。另一个示例是，可需要螯合化合物例如来防止有机体接触痕量的其它有毒盐或提高化学反应产率。其它示例是，为保持蛋白质、RNA或DNA处于完整状态，可加入蛋白酶抑制剂、核糖核酸酶抑制剂或脱氧核糖核酸酶抑制剂。可作为流体滴的相的添加剂的另一个例子包括磁吸性粒子(如前所述)。

所述流体滴的内相可通过所述外相而与环境隔离。于是所述外相例如可用作屏障或密封层。术语“环境”意指不是内相、外相或例如基板的流体接触表面等表面(流体滴放置于该表面上)的一部分的任何流体或固体物质，例如气体(具有任意期望的密度或压强)或液体。

作为一个示例，所述外相可以防止或减少所述内相向周围大气的蒸发。作为另一个例子，所述外相可以为接触或扩散等提供屏障。所述外相例如可以防止与固体物质(例如沙或尘粒)或可与所述流体滴内相混溶的流体的接触。

所述外相还可以用于防止流体滴所处的表面受到所述流体滴内相组分的污染。此外，所述外相可以使诸如体液(例如血液、痰液等)的样品在非极性表面(例如PTFE)上移动。在一些实施例中，甚至当流体滴作为整体在非无菌条件下进行处理或暴露于非无菌条件下时，所述外相还可以保持内相的无菌性。所述外相还可以允许与包括具有相似极性(例如相似疏水性)的两相的另一流体滴相接触和融合。例如，当外相是疏水性液体而内相是亲水性液体时，该外相可以与作为疏水性的并包围亲水性内相的其它流体滴的外相合并。在这种情况下，这两个示例性的液滴可发生自发融合。

如上所述，流体滴的内相可与流体滴所处的或将要放置到的至少一个流体接触表面中包含的物质直接接触。所述物质的两个示例是固体表面或流体表面。只要所述基板的至少一个流体接触表面具有可使流体滴在与其接触时保持完整的质地(例如粗糙度和波纹)，则该流体接触表面可以具有任何形状和几何结构。

作为一个示例，通常需要提供一种具有这样的粗糙度的表面，所述粗糙度对流体滴内相的流体而言小到足以使与该表面接触的流体滴保持完整。术语“完整”是指存在所限定的包括两相的流体滴。因此，可理解为当所述流体滴例如铺展到所需的程度或与另一流体滴合并时，所述流体滴仍是完整的。

当例如所述流体滴的内相是极性液体(例如含水流体)时，所述基板的至少一个流体接触表面可以是非极性的。在一个实施例中，所述流体滴的内相是含水流体(例如水)，所述至少一个表面是非极性的。各非极性表面可包括聚硅氧烷(silicone)(包括表面修饰的聚硅氧烷)、聚合物例如塑料(无论生物聚合物还是合成聚合物，包括部分氟化聚合物、全氟化聚合物及表面修饰聚合物等)、表面修饰的氧化硅、表面修饰的氢化硅、表面修饰的纸、表面修饰的玻璃(例如表面修饰的耐热玻璃)、表面修饰的石英、表面修饰的云母、表面修饰的金属、表面修饰的合金、表面修饰的金属氧化物、表面修饰的陶瓷及其任意的复合材料，但不限于此。作为另一个示例，所述流体滴的内相可以是亲水性而所述至少一个表面可以是疏水性或疏油性的。作为另一个示例，所述流体滴的内相可以是非极性的，而所述至少一个表面可以是极性的。

通常通过进行处理来改变固体表面的特性从而获得表面修饰。所述处理可包括例如WO 2007/094739A1中详述的各种方式。

当本发明的方法与其它方法(例如分析方法或制备方法)组合使用时(还可参见下文)，可能期望提供允许或利于实施所述其它方法和本发明方法的表面。在实施所述其它方法期间或之前，流体滴两相的完整性可能受到影响或破坏。结果，存在于所述流体滴内相中的物质可能暴露于其它流体相并且与所述表面接触。本发明所用的流体滴可以使用各种合适的内相和外相，这通常允许灵活选择化学表面处理的方式，包括涂敷。

例如，可优选例如对磁粒进行电泳分离或等电聚焦操作，无论磁粒是否包含在流体滴中。例如可优选提供一种对于通过所选方法能检测到的所存在的任何物质而言具有发生最小的相互作用的表面。例如当需要施加电磁场(例如电泳方法)来分析所分离的蛋白纯度时，与蛋白相互作用显著的表面会使分析结果发生错误。具有最小的蛋白质相互作用的适宜的表面涂层的两个示例是极性聚合物聚N-羟乙基丙烯酰胺以及聚乙二醇封端的烷基三氯硅烷。同样可知，等电聚焦所用设备的表面性质影响聚焦和迁移处理期间获得窄的分离区的效率。

此外，所述至少一个表面可提供具有不同表面性能的区域。在流体滴的内相是极性(例如亲水性)液体的上述示例中，例如一些表面区域的非极性(例如疏水性)可比其它区域更大，或一些区域可以是极性(例如亲水性)的。作为一个示例，为了使流体滴能在DNA阵列上得到铺展以用于杂交，优选极性增大的表面区域。还可以按照分别提供极性或非极性表面性能的方式来处理所述至少一个表面的任何部位。例如可以分别处理固体表面。定义流体(例如液体)表面浸润性的一般方式是处于热力学平衡状态的流体滴与水平表面之间的接触角(也称为润湿角)，所述水平表面通常是光滑和均匀的，通常被例如空气等气体包围。在这一点上，本领域技术人员应当知道：表面粗糙度增加通常会使接触角增大。

在一些实施例中，基板的流体接触表面(例如固体表面)还对流体滴的内相或外相的流体呈惰性。这些实施例使得设备可以被多次重复使用。对腐蚀性最强的介质呈惰性的材料的示例是氟聚合物，例如氟化乙丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PFTE，Teflon)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、四氟乙烯-全氟代-甲基乙烯基醚(MFA)、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、全氟甲基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物、全氟烷氧基共聚物(PFA)、聚氟乙烯、聚氯三氟乙烯、氟硅氧烷类或氟代膦嗪类(fluorophosphazenes)。另外的例子包括硅烷以及具有相当高的热变形温度的透光性(导热性)本体聚合物材料，但不限于此。硅烷的例子包括单层或多层石英、玻璃或LiNbO3表面，但不限于此。透光性本体聚合物材料的例子包括聚丙烯、环烯烃、液晶聚合物、聚氯乙烯等和它们的组合，但不限于此。呈薄膜(诸如等离子体沉积薄膜)形式时，所有这些材料都是透光的。

流体接触表面和基板可由与前述材料相同或不同的材料制成。在一个实施例中，流体接触表面和基板所用的材料由允许激发光和发射光自由通过的透光性材料制成。

对流体滴相对于基板的至少一个流体接触表面的位置的控制还包括通过磁场发生器使磁场或电磁场作用于流体滴。这样，在磁粒上施加力，从而使所述流体滴作为整体而跟随磁粒的任何移动。从而可控制流体滴的位置。

在一些实施例中，施加恒定磁场或恒定电磁场，而在其他实施例中，磁场或电磁场在处理期间发生变化。在一些实施例中，控制磁场发生器的位置能够移动基板的流体接触表面处的流体滴。于是，使包含磁场发生器的旋转台旋转可使基板的流体接触表面处的流体滴移动。因此，可改变流体滴相对于基板的流体接触表面的位置。

在一些实施例中，可将控制流体滴的位置的几种方法加以组合(还可参见下面更多的例子)。在一些实施例中，只有通过磁场或电磁场使流体滴定位时，才进行处理。在这些实施例之一中，在将流体滴置于期望位置后，通过降低旋转台中的磁场发生器而使磁场或电磁场终止。

这里所述的装置可用于实施对流体滴中的生物样品和/或化学样品进行处理的方法。于是，本发明的一个方面旨在提供处理至少一种生物样品和/或化学样品的方法。该方法包括或由下述步骤构成，即，将至少一个流体滴放置在这里所述的装置的基板的流体接触表面上。所述方法还包括：对至少一个流体滴中的生物样品和/或化学样品进行处理；其中，流体滴包括内相和外相，并且，外相与内相不混溶，并且外相包围内相，其中，内相包括生物样品和/或化学样品，并且内相通过外相与环境隔离；其中，流体滴包含磁吸性材料。

可实施在流体滴中所进行的任何处理。可进行的处理的例子包括对被怀疑或已知包含在样品中的靶物质的物理检测、化学反应、细胞裂解、从有机体或有机体的一部分中提取分子、从有机体中释放分子以及它们的任意组合，但不限于此。

物理检测的例子包括但不限于是光谱检测、光化学检测、光度法检测、荧光法检测、放射线学检测、声学检测、电化学检测、比色法检测、衍射法检测、干涉测量法检测、椭圆偏光测量法检测和热力学检测，并包括使用例如光活性标记、荧光标记、放射性标记或酶标记等。

光谱法的两个示例是显微拉曼光谱法(Raman microscopy)和相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering，CARS)显微技术。例如，后一技术适合于对所关注的特定分子进行选择性成像。化学反应的例子包括化学合成、化学降解、酶催化合成、酶催化降解、化学修饰、酶催化修饰、与结合分子的相互作用及它们的任意组合，但不限于此。

酶催化合成的例子包括蛋白合成、核酸合成、肽合成、药物化合物合成及其任意组合，但不限于此。

在需要除去物质(例如样品的副产物或不需要的物质)的实施例中，所述处理可以是清洗处理或包括清洗步骤的处理。所述处理还可包括将流体滴分离成至少两个子流体滴。作为一个示例，可以从细胞中提取核酸并使之与连接于磁粒的配体结合，同时弃去细胞碎片和试剂。

图12(A)表示使用其它另外的流体滴对流体滴进行清洗的步骤的实施例(图12(B))。所述其它的流体滴还可包括两个或更多流体相。所述其它的流体滴向包括两相、磁性物质和样品的流体滴移动(图12A(1))。图12A中的箭头表示永磁体当前的位置。两个流体滴合并(图12A(2))且形成了一个较大的流体滴(图12A(3))。为确保完全混合和清洗，例如可施加足以抬起流体滴内的磁粒而不抬起整个流体滴的弱磁力。通过使磁粒进一步移向一侧(图12A(4))，使得流体滴开始分离(图12A(5))。磁粒/外相之比、相互作用的流体滴的体积比、它们的生化组成、表面形态、表面化学以及(电)磁场梯度强度指示相应的流体滴是否移动、合并、“被清洗”或是分离。在这些操作期间，即使处理的体积是纳升，死体积仍为0，即没有材料损耗。如需要，在本发明的装置中，还可容易地使用其它功能单元，例如用于辅助混合或实现混合的基于压电的驱动器。

可使用例如溶剂、酸或碱的任何流体以清洗或交换流体滴的内相，只要所述流体允许：(a)所述内相基本上保持完整；并且(b)保持磁体对所述磁粒的吸引。在外相形成包围内相(如前所述)的膜的实施例中，还可优选使外相作为膜而保持完整。在使用附着于磁粒的配体结合靶物质的实施例中，可进一步期望流体使配体可保持完整并可与所需靶物质结合。在所述处理之前、期间或之后的任何时间点，例如可使用超声波作用于流体滴而混合流体滴。因为所述流体滴基于自组织***，故这种混合不影响流体滴的完整性，而有助于流体滴内的相内的物质的均匀分布。可进行物质转移(例如清洗)，这使得复杂的处理可得以进行。由于所需靶物质可结合到固定于磁粒的配体上，因此可以添加、除去或交换流体(例如液体)，使例如肽、蛋白质、DNA、RNA、有机小分子、金属离子等任何物质能在任何所需阶段或步骤中得以分离，并且可以以次序5(图12)进行复杂的生化转化。此外，流体滴的体积可以改变几个数量级。因此，通过本发明的装置来实施的所述方法提供了无需任何技术突破的、介于宏观与微观世界之间的界面。

图13表示可通过本发明的装置所进行的用于聚合酶链反应的方法。在实验部分中描述了通过本发明的装置所进行的PCR的结果。可借助于薄膜温度控制模块和构成温度控制模块的一部分的温度传感器来实现温度控制。模块1表示用配体修饰的超顺磁粒子矩阵。这些配体是针对不同的细胞表面标记物的受体。如上所述，可以以此方式将任何关注的细胞从体液或组织中分离出来。可用刺血针刺破手指而得到一滴人毛细管全血。将这滴血液置于模块2上。随后依据白细胞的细胞表面标记物与固定到磁粒上的配体的结合，可将所述白细胞分离出来。白细胞可在由模块3的薄膜温度控制模块进行温度控制的加热区(这种情况下的温度)中发生细胞热裂解。通过在三个不同的温度区上引导样品，或者通过将一个温度区内的温度改变到三个不同的温度(未图示)，使聚合酶链反应(PCR)以顺时针的方式进行。图11表示在本发明的装置中的基板的流体接触表面处的温度区测量的温度轮廓线。如此获得的PCR产物与使用本领域中所用的常规方法所得的产物具有相同的性质。可以产生生物素化的PCR产物，所述PCR产物可结合到涂敷链霉亲和素的超顺磁粒子上。扩增产物可以在模块4上进行化学变性并退火为焦磷酸测序(PSQ)的测序引物，焦磷酸测序可通过移动样品使其经过含有碱基G、A、T和C的流体接触表面处的四个不同区域，在模块5上以顺时针方向进行。可以利用时空变换使样品多元化。若需要，在焦磷酸测序后，可在基板的区域中保存样品。

或者，还可进一步处理这些样品。如图12所示，处理流体滴中的生物样品和/或化学样品的另一个例子是使所述流体滴过滤穿过另一个流体滴。所述过滤穿过通常通过使较小流体滴移动穿过较大流体滴进行，所述较小流体滴含有带有固定的靶物质的功能化超顺磁粒子。这样，可在较大流体滴中稀释不需要的组分，例如副产物、杂质、底物、试剂、溶剂或溶剂组分、盐、酶、废物或缓冲液等。对于从较大流体滴中进一步移出磁粒的情况，实质上只从较大流体滴中移出包含固定的靶物质的超顺磁粒子，而丢弃了大多数不需要的物质。由于***的自组织性，同样也从较大流体滴中除去外相或部分外相。当外相为膜的形式时，外相的薄膜例如可包围少量剩余的内相。这样，基本上可从流体滴中除去没有被磁珠固定的物质。

潜在的纯化作用类似于已知的亲和色谱法，所述亲和色谱法中，靶物质被形成固定相的功能化柱材料保留，并以形成流动相的清洗液冲洗/清洗几次。与亲和色谱法相比，在这里所述的方法中，清洗液是固定相，而功能化材料是流动相。还需注意，使用这种方法不产生死体积。

此外，与亲和色谱法相比，这里所述的方法允许洗脱纳升体积中的靶物质。在诸如生物感测的应用中，例如当在小体积中存在高浓度的靶物质，或要对快速动力学(fast kinetics)进行分析时，这种优点很重要。

于是，本发明的装置可用于这里所述的任何方法。在一个方面中，所述装置可用于进行核酸扩增技术。这种核酸扩增技术的例子包括反转录酶(RT)、聚合酶链反应(PCR)、实时定量RT-PCR(qRT-PCR)、解旋酶依赖性扩增(tHDA)、智能扩增技术(SMAP)、环介导等温扩增(LAMP)、滚环扩增(RCA)或重组酶聚合酶扩增(RPA)，但不限于此。

图1～图3表示本发明的装置的示例性实施例。

图1表示本发明的未设有基板的装置的斜视图。在图1中，旋转台15通过位于旋转台15中央的支撑轴(以“x”为标记)安装在支撑结构55上。支撑结构55还设有用于承载基板(未图示)的若干支撑杆40。于是，一般来说，支撑结构还可包括用于使基板安装在所述装置上的保持结构，例如支撑杆。基板定位于旋转台的顶表面35正上方。

图1中所示的实施例还图示了位于旋转台15侧的发光***10以及将光导入发光***的一对玻璃纤维光缆。发光***10将光耦合到光学单元之一中。这样的一个或多个光学单元在图1中未图示，只图示了旋转台15的顶表面35内的开口20、22、24、26，来自光学单元的光通过所述开口而导入布置在旋转台上方的基板。图1还图示了旋转台顶表面中的可通过其而看见磁场发生器的开口。在本实施例中，磁场发生器为锥状磁体30。磁体30处于旋转台内的下部位置，即，处于不能由该磁体30移动布置在旋转台上方的基板的流体接触表面处的任何磁吸性物质的位置。

图2表示包括支撑结构55、旋转台15和基板的装置的实施例的上视图。图2仅图示了基板的流体接触表面57。如图1所示，图2中所示的装置具有位于旋转台15侧的一个发光***10。在图2所示的旋转台15的位置处，发光***10将光耦合至光学单元(未图示)中。旋转台的顶表面35内的开口20表示在该点处将来自光学单元的光导向基板。为了将光耦合至位于开口22、24、26下方的光学单元之一，需要将旋转台移动至与发光***前面的任一光学单元对准的位置。旋转台可以顺时针方向和逆时针方向旋转。

图2中所示的装置包括四个温度控制模块。只有温度控制模块53和温度控制模块51直接可见，而其它两个温度控制模块被定位于温度控制模块正上方的流体滴54和7、50遮盖。温度控制模块对基板的流体接触表面中的温度区的温度进行控制，其中，在本实施例中，温度区的面积由布置于基板正下方或构成基板的组成部分的温度控制模块的形状所决定。在本实施例中，温度控制模块由特氟龙化的玻璃表面覆盖。

覆盖位于定位于发光***10前面的光学单元正上方的温度控制模块的流体滴包括外相50和内相7。另一流体滴54位于开口26及下面的光学单元的正上方。在一个实施例中，流体滴定位在温度控制模块53、54或51上方的流体接触表面上。还图示了磁场发生器，在本实施例中，该磁场发生器为锥状磁体30。在支撑结构55中，可见到支撑杆40的顶部以及中心轴100，旋转台15通过中心轴100安装于支撑结构55上。

图3表示本发明的装置的示例性实施例的截面图。图示了支撑结构以及旋转台和基板。还图示了发光***10和光探测器400，所述发光***10和光探测器400与图3左半边所示的光学单元对准，并分别将光耦合至光学单元和检测来自光学单元的光。

本实施例的光学单元包括定位在发光***10的透镜110前面的激发滤光器120，于是来自发光***10的光可通过激发滤光器120。光学单元还包括分束器310，分束器310定位为与基板的流体接触表面57和激发滤光器成45°角，以便将来自激发滤光器的光导向基板的流体接触表面57处的流体滴。流体滴包括内相7和外相50。图3还图示了发射滤光器320，发射滤光器320定位为紧邻于光探测器400的透镜130。图3中还可见到，诸如激发滤光器、分束器和发射滤光器等光学单元的部件可拆卸地(狭缝)安装于旋转台中。例如，可通过位于旋转台的顶表面35中的开口26移除分束器310。图3还图示了非球面透镜130、110、120，非球面透镜130、110、120定位为对入射至并激发光学单元的光进行聚焦。

还图示了轴410，轴410承载旋转台并连接于步进电机以驱动旋转台。旋转台的运动不仅用于通过磁体30来移动基板的流体接触表面57处的磁吸性物质，还用于在不同的光学单元之间切换位置，于是可将不同波长的光导入布置于光学单元的开口正上方的流体滴。在图3中，在图的右侧图示了另一光学单元。具体来说，可见到另一光学单元的又一发射滤光器321和透镜131。在图3中，温度控制模块(例如53、52)构成基板的组成部分，并且未覆盖有图2所示的载玻片。

所述装置还可提供用户界面，例如使装置用于分散的现场即时(POC，point-of-care)检验。作为使用PC、示波器和LAB View软件的组合的替代，还可使用例如以触摸感应式彩色TFT显示器封装的微控制器(MCU)。而且，适用于各种电池类型的电池(再)充电电路的实施可使所述装置用于现场测试(例如参见图14)。在例如图14(A)所示的集成设备中，堆设有除微控制器单元和TFT显示器以外的所有功能性印刷电路板(PCB)模块(电源、步进电机、包括温度控制模块的热管理模块、包括光学单元和光探测器的光探测模块以及用于进行生物反应和/或化学反应的基板)，并且可易于为新的升级而进行替换。图14(B)和图14(C)表示设有微控制器单元和TFT显示器的实施例。例如以C语言写成的计算机程序可控制装置的全部基本功能，并且用户可在用于标准化学处理和/或生物处理的各个预定常规程序之间进行选择，或者可创建单独的样品制备和/或热循环方案。在另一实施例中，在一单个装置中例如以塔的形式集成有微控制器和用户界面(例如TFT显示器)。

本发明还旨在提供一种包括这里所述的装置和这里所述的磁吸性物质的***。

这里示例性说明的发明可在缺少任何一个或多个元件、限制的情况下适当地实施，而不限于文中具体公开的内容。于是，例如术语“包括”、“包含”、“含有”等应作广义而无限制的理解。此外，这里采用的术语和表述用作描述性术语而非限定性术语，这些术语和表述的使用不是要排除所示和所述的特征及其部分的任何等同物，而是认为在所要求保护的发明的范围内可作出各种变型。因此，应当理解，虽然通过优选实施例和可选特征具体地公开了本发明，但是本领域技术人员可采用这里公开的所包含的本发明的变型和变化，并且应认为这些变型和变化包含在本发明的范围内。

本文宽泛地概括性地描述了本发明。落入上位的公开内容里面的每个较窄的物种和次上位的组合也构成本发明的部分。这包括本发明的带有从物种中去除任何主题的限制性或否定性的限制的上位描述，而不管本文是否具体地记载了离体的材料。

其它的实施方式落入下述权利要求书以及非限制性示例的范围内。另外，本发明的各个特征或方面以马库什(Markush)组合的方式进行了描述，本领域技术人员将认识到本发明也可按照马库什组合的任意单个成员或者成员的子组合进行描述。

实验部分

在存在内部阳性对照的情况下，通过本发明的装置实施了qPCR。可处理多个样品，这允许检查实际的样品以及诸如内部阳性对照等其它对照，以排除例如可由有缺陷的装置引起的假阴性结果。

***结构。在别处已详述了用于锂离子电池、微控制器单元(MCU)、触摸感应式薄膜变换器(TFT)显示器、热管理、微流控、光探测(Novak，L.，Neuzil，P.等，2007，LapChip，vol.7，pp.27)以及PCR-芯片载体(Pipper，J.，Zhang，Y.等，2008，Chem.Int.Ed.，vol.47，pp.3900)的具备再充电电路的电源。

用于流体接触表面的一次性基板。用FC-40氟化液(3M)中的1％特氟龙AF 1600(DuPont)溶液对(十七氟代-1，1，2，2-四氢癸基)三乙氧基硅烷(Gelest)修饰的250μm厚的D 263T-玻璃板(Pipper，J.，Zhang，Y.等，2008，supra)(Schott)进行旋涂。特氟龙化的表面与水(Millipore)和M5904-矿物油(Sigma-Aldrich)的静态接触角分别为115±2°和85±2°。

小型化光探测***。通过将立式铣和放电加工(速度工具)结合，以黑色的阳极电镀的铝来制造反转的小型化光探测***的各个部分。滤光器轮容纳有钕铁硼永磁体锥体(Neotexx)以及四个滤光器组(全部来自Chroma)(表1)。来自Chroma的ET系列可用滤光器为：用于蓝光的#49002、用于绿光的#49004、用于橙光的#49008以及用于红光的#49006。在另一实施例中，使用双波段荧光滤光器。

表1：用于光学单元和荧光探针的滤光器组。

^a对于LOD测量，使用不带淬火基团的探针。

上述滤光器可与冷白光LED或暖白光LED一起使用。在一个实施例中，暖白光NSPL500DS-LED(Nichia)用作单一光源。为对光进行聚焦和/或校准，使用设有波长相关的抗反射涂层的模制非球面352330玻璃透镜。利用0.9°NEMA尺寸17的超细线(Super Slim Line)步进电机(LinEngineering)使旋转台旋转至光源，以使用个别的滤光器组。从而，集成CNB1302-反射光传感器(Panasonic)能控制旋转中的旋转台的默认位置。在组合退火/延伸步骤的最后10秒，以BPW21R-硅PD(Vishay)用于荧光检测。当qPCR的运行完成时，将原始荧光读数作为*.txt文件(从微控制器单元的随机存取存储器通过RS232接口)传输至个人计算机以进一步处理。

数据处理。在Microsoft Excel中采用别处说明的VBA脚本进行数据处理(Larionov，A.，Krause，A.等，2005，BMC Bioinformatics，vol.6，no.62，pp.l)。

灵敏度的测量。为评价小型化光探测***的检测限(LOD)，IUPAC定义如下：c_LOD＝(3*s_B)/m，其中，c_LOD代表在LOD处的被分析物的浓度，sB代表空白测量值的标准偏差，且m代表分析灵敏度，该分析灵敏度由通过线性回归得到的校准曲线的斜率表示。使用仅是5’末端的荧光供体不同的IAC探针序列的来为每个滤光器组生成校准曲线(图4)。通常，稀释系列在10^-7～10^-11M的范围内，并且稀释剂为qPCR缓冲液。在退火/延伸温度下记录所有测量结果。测定的LOD为：c_LOD(FAM)＝11pM，c_LOD(HEX)＝462pM，c_LOD(TxRed)＝14pM，且c_LOD(Cy5)＝17pM。

样品分离。在4℃下，对HIV-1感染的血液等离子体样品的1000μL等分试样在24k个g下进行超速离心1小时。其中，弃去800μL的上层清液，利用QIAamp Viral RNA Mini Kit(QIAGEN)提取含有病毒粒的余下的200μL。在-80℃下，[在50μL TE缓冲液中洗脱并且]存储经纯化的RNA。

引物集和TaqMan探针设计。以HIV-1的盖奇基因为靶物质的引物集和TaqMan探针的设计是基于参考HIV序列纲要2008(HIV SequenceCompendium 2008，Theoretical Biology and Biophysics出版，Los AlamosNational Laboratory，USA)的对比数据。选择竞争qPCR的形式，其中靶物质和IAC都利用一个共同的引物集。IAC与HIV-1不具有序列同源性，是通过聚合酶链式拼接及随后进行的体外转录从随机的合成DNA中设计得到。5’-CTAGCAGTGGCGCCCGAACAG-3’(SEQ ID NO：1)和5’-CCATCTCTCTCCTTCTAGCCTCCGCTAGTCA-3’(SEQ ID NO：2)分别被用作正向引物和反向引物。TaqMan探针(FAM)5’-TCTCTCGACGCAGGACTCGGCTTGCTG-3’(BHQ 1)(SEQ ID NO：3)用于靶物质，并且(TxRed)5’-AGGTCGGGTGGGCGGGTCGTTA-3’(BHQ2)(SEQ ID NO：4)用于IAC。

qPCR。qPCR混合物是基于EXPRESS One-Step Superscript qRT-PCRKit(Invitrogen)并且由下列成分组成：25μL EXPRESS Superscript qPCRSuperMix Universal、10μL水、5μL 10％ BSA、各引物取1μL 10μM、各TaqMan探针取0.5μL 10μM、1μL 10拷贝/μL IAC、1μL模板cDNA以及用于One-Step qPCR的5μL EXPRESS Superscript Mix。1ng μL^-1tRNA用作阴性模板对照(NTC)。利用Mx3000P热循环仪(Stratagene)，将其中的2.5μL用于小型qPCR，25μL用于管式PCR。热循环程序包括在95℃下进行热启动活化120秒，随后在95℃下变性10秒，在65℃下退火/延伸40秒，变性和退火/延伸进行50个热循环。为防止蒸发，以10.0μL矿物油(Sigma-Aldrich)密封qPCR混合物。最后，使用Bioanalyzer 2100(Agilent)，通过毛细管电泳(CE)证实了PCR产物的特异性和产率。

参照图2，进行双重PCR，覆盖有12.5μl矿物油的2.5μl PCR样品放置在图2所示的设备的流体接触表面的9点钟位置。为读取荧光读数，通过蓝光通道进行测量(荧光读数持续2秒)，然后使旋转台旋转(2×72°＝144°，持续约1秒)。于是，样品放置在橙光通道前(荧光读数持续2秒)。在样品回到蓝光通道上方的位置之前，旋转台继续运动，以等待下一读数。旋转台往复运动以重复读取读数。

在另一例子中，样品(以及合适的裂解缓冲液)定位在图2所示的设备的流体接触表面上的12点钟位置。包含清洗液的其他流体滴沿12点钟位置和7点钟位置之间的边缘放置，并且PCR流体滴位于9点钟位置。然后，固定的RNA/DNA沿着上述路径而被牵引通过所有流体滴(并被纯化)，最终，纯化后的RNA/DNA被解吸至发生qPCR的PCR流体滴中。通过将另一小的碟式磁体放置在旋转单元下方的9点钟位置，锥状磁体被向下吸引(2～3mm)，并且，由于磁体和位于流体接触表面处的流体滴中的粒子间的距离增大，磁体脱离与磁粒的“接触”(请参照附有力-距离测量结果的图15)。从而，在9点钟位置中断了锥状磁体和磁粒之间的磁引力，可防止磁粒在荧光检测步骤中进一步“旋转”。在这种配置下，在存在磁粒(所述磁粒恰好留在PCR流体滴中)的情况下发生PCR。或者，可将小的磁体放置在9点钟位置和12点钟位置之间的任何位置，在没有磁粒的情况下进行PCR。另一种可能性是在9点钟位置和12点钟位置之间制造障碍物(井、孔或缝)，这同样能防止磁粒进一步旋转。

　SEQUENCE LISTING

　<110> Agency for Science, Technology and Research新加坡科技研究局

　<120> Apparatus For Processing A Biological And/Or Chemical Sample

　处理生物样品和/或化学样品的装置

　<130> P104347

　<150> US 61/158,857

　<151> 2009-03-10

　<160> 4

　<170> PatentIn version 3.3

　<210> 1

　<211> 21

　<212> DNA

　<213> Artificial人工

　<220>

　<223> Forward Primer正向引物

　<400> 1

　ctagcagtgg cgcccgaaca g 21

　<210> 2

　<211> 31

　<212> DNA

　<213> Artificial人工

　<220>

　<223> Reverse Primer反向引物

　<400> 2

　ccatctctct ccttctagcc tccgctagtc a 31

　<210> 3

　<211> 27

　<212> DNA

　<213> Artificial人工

　<220>

　<223> TaqMan Probe for the target用于目标物的TaqMan 探针

　<400> 3

　tctctcgacg caggactcgg cttgctg 27

　<210> 4

　<211> 22

　<212> DNA

　<213> Artificial人工

　<220>

　<223> TaqMan probe for the IAC用于IAC的TaqMan 探针

　<400> 4

　aggtcgggtg ggcgggtcgt ta 22

Claims

1.一种用于处理至少一种生物样品和/或化学样品的装置，所述装置包括：

基板，其具有流体接触表面，其中，所述流体接触表面包括能够允许布置于该流体接触表面上的流体滴在与所述基板的该流体接触表面接触时保持完整的质地和浸润性；

至少一个温度控制模块，其布置用于控制所述基板的所述流体接触表面处的至少一个温度区的温度；

旋转台，其布置在所述基板的所述流体接触表面的相反侧，其中，所述旋转台包括磁场发生器以及至少一个光学单元，所述磁场发生器可平行于所述旋转台的旋转轴而垂直地活动，所述至少一个光学单元用于发射至少一个特定波长的光并用于检测至少一个特定波长的光。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个温度控制模块布置在所述旋转台和所述基板的所述流体接触表面之间。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述至少一个温度控制模块构成所述基板的组成部分。

4.如权利要求1～3之任一项所述的装置，其中，所述磁场发生器和所述至少一个光学单元布置于所述旋转台上的圆轨道上，所述圆轨道与所述基板的所述流体接触表面处的所述至少一个温度区对准。

5.如前述权利要求之任一项所述的装置，其中，所述至少一个光学单元包括：

激发光源，其用于提供激发光；

检测模块，其用于将由布置在所述基板的所述流体接触表面上的流体滴中包含的成分所发射的至少一个特定波长的光导入光探测器；

光选择与引导器件，所述光选择与引导器件定位为：

a)将所述激发光导向布置在所述基板的所述流体接触表面上的所述流体滴；并且

b)将从布置在所述基板的所述流体接触表面上的所述流体滴倾斜的光导入所述检测模块。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述激发光源为激发滤光器，该激发滤光器用于过滤从发光***接收的至少一个特定波长的光。

7.如权利要求5或6所述的装置，其中，所述检测模块包括发射滤光器，该发射滤光器用于过滤由布置在所述基板的所述流体接触表面上的流体滴中包含的成分所发射的至少一个特定波长的光。

8.如权利要求5～7之任一项所述的装置，其中，所述光选择与引导器件为二向色镜、二向色分束器或双波段二向色镜。

9.如权利要求5～8之任一项所述的装置，还包括透镜，所述透镜定位在所述检测模块的与所述光选择与引导器件所定位的那一侧相反的一侧，以便对导入所述检测模块的入射光进行聚焦。

10.如权利要求5～9之任一项所述的装置，还包括透镜，所述透镜定位为将从所述光选择与引导器件接收的激发光聚焦在所述流体滴上。

11.如权利要求9或10所述的装置，其中，所述透镜为非球面透镜。

12.如前述权利要求之任一项所述的装置，其中，所述装置还包括用于支撑所述基板、所述至少一个温度控制模块以及所述旋转台的支撑结构。

13.如权利要求12所述的装置，其中，所述支撑结构包括：至少一个光探测器，其定位为检测来自所述基板的所述流体接触表面处布置的流体滴并穿过所述光学单元的倾斜光。

14.如权利要求12或13所述的装置，其中，所述支撑结构包括：至少一个发光***，其定位为将光耦合至所述至少一个光学单元中。

15.如权利要求14所述的装置，其中，所述至少一个发光***还包括用于将光引导到所述光学单元上的透镜。

16.如前述权利要求之任一项所述的装置，其中，所述旋转台包括至少两个、至少三个或至少四个光学单元。

17.如前述权利要求之任一项所述的装置，其中，所述装置包括至少两个、至少三个或至少四个温度控制模块。

18.如前述权利要求之任一项所述的装置，其中，所述旋转台的运动由步进电机来控制。

19.如前述权利要求之任一项所述的装置，其中，所述至少两个温度控制模块的每个包括：加热器、导热体以及温度传感器，所述温度传感器用于通过所述导热体来检测并控制所述基板的所述流体接触表面处的所述至少一个温度区中的温度。

20.如权利要求19所述的装置，其中，所述加热器和所述传感器是同心的。

21.如权利要求20所述的装置，其中，所述加热器围绕所述传感器。

22.如权利要求19～21之任一项所述的装置，其中，所述导热体包括选自金属、半导体、金刚石、碳纳米管以及富勒烯化合物中的材料。

23.如前述权利要求之任一项所述的装置，其中，所述装置包括至少两个温度区，并且，所述至少两个温度区彼此热隔离。

24.如前述权利要求之任一项所述的装置，其中，所述磁场发生器为磁体。

25.如权利要求24所述的装置，其中，所述磁体为永磁体。

26.如权利要求24或25所述的装置，其中，所述磁体的形状能够将磁力集中在所述基板的所述流体接触表面处的斑点上。

27.如权利要求24～26之任一项所述的装置，其中，所述磁体的面向所述基板的所述流体接触表面方向的一侧为锥状。

28.如前述权利要求之任一项所述的装置，其中，所述基板是透光的。

29.一种***，其包括：根据权利要求1～28之任一项所述的装置；以及磁吸性物质。

30.如权利要求29所述的***，其中，所述磁吸性物质选自于至少一种磁吸性粒子、磁流体、富铁细菌及它们的组合。

31.如权利要求30所述的***，其中，所述磁吸性粒子选自于反磁粒子、铁磁粒子、顺磁粒子和超顺磁粒子。

32.一种处理至少一种生物样品和/或化学样品的方法，其中，所述方法包括：

将至少一个流体滴放置在根据权利要求1～28之任一项所述的装置的基板的流体接触表面上；并且

对所述至少一个流体滴中的所述生物样品和/或化学样品进行处理；

所述流体滴包括内相和外相，并且，所述外相与所述内相不混溶，并且所述外相包围所述内相，并且，所述内相包括所述生物样品和/或化学样品，并且所述内相通过所述外相与环境隔离，并且，所述流体滴包括磁吸性物质。

33.如权利要求32所述的方法，其中，所述流体滴的所述外相作为膜而包围所述内相。

34.如权利要求32或33所述的方法，其中，所述磁吸性物质为磁吸性粒子，所述磁吸性粒子包括固定于所述磁吸性粒子的表面处的配体，所述配体能够结合被怀疑包含在所述生物样品和/或化学样品中的靶物质。

35.如权利要求32～34之任一项所述的方法，其中，对所述生物样品和/或化学样品进行处理包括从下述一组步骤中选出的步骤，所述一组步骤包括：将所述流体滴与另一流体滴合并、使所述流体滴的内部混合、使所述流体滴过滤穿过另一流体滴以及将所述流体滴分离成至少两个子流体滴。

36.如权利要求32～35之任一项所述的方法，其中，所述样品选自土壤样品、空气样品、环境样品、细胞培养物样品、骨髓样品、降雨样品、沉降物样品、太空样品、地球外样品、污水样品、地下水样品、磨蚀样品、考古学样品、食物样品、血液样品、血清样品、血浆样品、尿样品、粪便样品、***样品、淋巴液样品、脑脊髓液样品、鼻咽清洗样品、痰液样品、口腔抹片样品、咽喉抹片样品、鼻抹片样品、支气管肺泡灌洗样品、支气管分泌物样品、乳样品、羊水样品、活组织检查样品、指甲样品、毛发样品、皮肤样品、癌样品、肿瘤样品、组织样品、细胞样品、细胞裂解物样品、病毒培养物样品、法医样品、感染样品、医院感染样品、产品样品、药物制剂样品、生物分子产品样品、蛋白制剂样品、脂质制剂样品、碳水化合物制剂样品、核苷酸溶液、多聚核苷酸溶液、核酸溶液、肽溶液、多肽溶液、氨基酸溶液、蛋白质溶液、合成聚合物溶液、生化组合物溶液、有机化学组合物溶液、无机化学组合物溶液、脂质溶液、碳水化合物溶液、组合化学产物溶液、候选药物分子溶液、药物分子溶液、药物代谢物溶液、细胞悬浮液、病毒悬浮液、微生物悬浮液、金属悬浮液、合金悬浮液、金属离子溶液及它们的任意组合。

37.如权利要求1～28之任一项所述的装置用于进行核酸扩增技术的用途。

38.如权利要求37所述的用途，其中，所述核酸扩增技术选自于反转录酶(RT)、聚合酶链反应(PCR)、实时定量RT-PCR(qRT-PCR)、解旋酶依赖性扩增(tHDA)、智能扩增技术(SMAP)、环介导等温扩增(LAMP)、滚环扩增(RCA)以及重组酶聚合酶扩增(RPA)。