CN101218031B - 样本处理设备加压系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了利用这些用于处理位于样本处理设备中的样本材料的系统的样本处理系统和方法。该样本处理系统包括：旋转基板，在系统操作期间，样本处理设备位于该旋转基板上。该系统还包括盖子和设计成将样本处理设备向基板加压的加压结构。优选结果是样本处理设备被施压从而与基板上的热结构接触。本发明的系统和方法可以包括一个或多个下列结构，以增强热结构和样本处理设备之间的热结合：成形的转移表面，磁性加压结构，和浮动或弹性安装的热结构。该方法可以优选包括一部分样本处理设备的变形，以符合成形的转移表面。

Description

样本处理设备加压系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于利用旋转样本处理设备来例如放大(amplify)遗传材料等的系统和方法。
背景技术
很多不同的化学、生物化学和其它反应都对温度变化敏感。在遗传放大领域，热量处理的例子包括，但不限于，聚合酶链反应(PCR)、桑格测序法等。用于减少热量处理多个样本的时间和成本的一种途径，是利用包括多个室的设备，其中可同时处理一个样本的不同部分或不同样本。需要室与室之间精确温度控制、同等温度转换率和/或温度之间快速转换的一些反应的例子包括：例如，帮助遗传代码译码的核酸样本处理。核酸处理技术包括：放大方法，诸如聚合酶链反应(PCR)；目标多核苷酸放大方法，诸如自持续序列复制(3SR)和链置换放大(SDA)；基于连接到目标多核苷酸的信号的放大的方法，诸如“支链”DNA放大；基于DNA探针的方法，诸如连接酶反应(LCR)和QB复制酶放大(QBR)；基于转录的方法，诸如结扎活化转录(LAT)和基于核酸序列放大(NASBA)；和各种其它放大方法，诸如修复链反应(RCR)和循环探针反应(CPR)。核酸处理技术的其它例子包括：例如桑格测序法、配合基结合分析等。
在美国专利申请公开No.US2003/0124506、标题为“用于样本处理设备的模块系统和方法(MODULAR SYSTEMS AND METHODSFOR USING SAMPLE PROCESSING DEVICES)”的文献和美国专利No.6734401、标题“增强的样本处理设备、系统和方法(ENHANCEDSAMPLE PROCESSIING DEVICES SYSTEMS AND METHODS)”(Bedingham等人)的文献中，描述了一些用于处理旋转样品处理设备的系统。
发明内容
本发明提供一种利用这些用于处理位于样本处理设备中的样本材料的系统的样本处理系统和方法，其中样本处理设备与系统分离。该样本处理系统包括：旋转基板，在系统操作期间，样本处理设备位于该旋转基板上。该系统还包括盖子和设计成将样本处理设备向基板加压的加压结构。优选结果是样本处理设备被施压与基板上的热结构接触。
本发明的系统和方法可以包括一个或多个下列结构，以增强热结构和样本处理设备之间的热结合：成形的转移表面，磁性加压结构，和浮动或弹性安装的热结构。
在包括成形的热结构的实施例中，热结构优选设置有圆环形式的转移表面。可优选转移表面具有凸曲率，例如类似于环形体的顶部。通过提供与盖子和加压结构有关的成形的转移表面，热结构和样本处理设备之间的热结合效率可被提高。优选盖子包括加压环，对样本处理设备加压以符合热结构的成形转移表面。
在包括磁性加压结构的实施例中，盖子和基板可优选包括磁性元件，其通过磁性吸引力将盖子拉向基板。当样本处理设备位于盖子和基板之间时，压力可提高样本处理设备和热结构之间的热结合。磁体可优选是永久磁体。磁性加压系统的一个可能优势是压力可以在体积相对小的装置中获得，这在旋转系统中是有用的。
在包括浮动或偏压的热结构的实施例中，热结构可优选向盖子弹性偏压，使得力向下引导到热结构(例如从盖子)，可以使热结构相对于基板(优选保持静止)的其余部分移动。可以优选热结构连接到基板，利用例如一个或多个弹簧，以提供弹性偏压并且在结构上将热结构结合到基板。
在一个方面，本发明提供一种用于处理样本处理设备的系统，该系统包括：基板，其可操作地结合到驱动系统，其中驱动系统绕旋转轴线旋转基板，其中旋转轴限定Z-轴；热结构，其可操作地连接到基板，其中热结构包括紧接基板第一表面露出的转移表面；盖子，其面对转移表面，其中盖子包括内加压环和外加压环；加压结构，其可操作地连接到盖子以将盖子在沿着的Z-轴的第一方向向转移表面压迫，其中内加压环和外加压环接触并推压位于盖子和转移表面之间的样本处理设备，使之与转移表面接触；和能量源，其适于在基板绕旋转轴线旋转的同时将热能传递给热结构。
在另一方面，本发明提供一种用于处理样本处理设备的系统，该系统包括：基板，其可操作地结合到驱动系统，其中驱动系统使基板绕旋转轴线旋转，其中旋转轴限定Z-轴；热结构，其可操作地连接到基板，其中热结构包括紧接基板第一表面露出的转移表面；盖子，其面对转移表面；一个或多个磁性元件，其可操作地连接到盖子和基板，其中连接到盖子和基板上的一个或多个磁性元件之间的磁性吸引力，沿着Z-轴的第一方向将盖子拉向基板的第一表面，使得位于盖子和基板之间的样本处理设备被推压至和基板的热结构接触；和能量源，其适于在基板绕旋转轴线旋转的同时对热结构传递热能。
在另一方面，本发明提供一种用于处理样本处理设备的系统，该系统包括：基板，其可操作地结合到驱动系统，其中驱动系统使基板绕旋转轴线旋转；盖子，其面对基板的第一表面；加压结构，其可操作地连接到盖子，以将盖子压向基板；热结构，其可操作地连接到基板；一个或多个弹性元件，其可操作地连接到盖子和热结构的一个或两者，其中一个或多个弹性元件提供偏压力，所述偏压力与加压元件将盖子压向基板的力相对，其中位于盖子和基板的第一表面之间的样本处理设备的部分被推压，以和热结构接触；和能量源，其适于在基板绕旋转轴线旋转的同时对热结构传递热能。
在另一方面，本发明提供一种处理位于样本处理设备内的样本材料的方法，该方法包括：将样本处理设备放置在基板和盖子之间，其中样本处理设备包括位于圆形处理环内的一个或多个处理室，并且其中凸起的转移表面连接到基板，其中凸起的转移表面是以圆环的形式，与样本处理设备上的圆形处理环接触；通过将盖子和基板向彼此加压，使在凸起的转移表面上的样本处理设备的圆形处理环变形；在使凸起的转移表面上的圆形处理环变形的同时，绕旋转轴线旋转基板、盖子和样本处理设备。
本发明的设备、系统和方法的这些和其它特征和优势，将结合本发明的例证性实施例在下面描述。
附图说明
图1是依据本发明的一个示例性系统的分解透视图，描述了基板和盖子以及处于两者之间的样本处理设备。
图2是依据本发明，在基板上的磁性元件的可替选布置的平面图。
图3是依据本发明，一个基板和弹性偏压的热结构的部分的截面透视图。
图4是可以连同本发明使用的示例性的偏压元件的透视图。
图5是依据本发明，迫使样本处理设备以和热结构上成形的转移表面符合的盖子的放大截面图。
图6是描述关于本发明所使用的一个示例性的成形的热量转移表面的径向截面轮廓的图。
图7是描述关于本发明所使用的另一个示例性的成形的热量转移表面的径向截面轮廓的图。
图8A-8C描述依据本发明，用于盖子上的加压环的可选的边缘结构。
图9是关于本发明可使用的样本处理设备的一部分的截面图。
图10是图9的样本处理设备的一部分的放大平面图。
具体实施方式
在下面本发明实施例的详细描述中，对构成本文一部分的附图做出参考，并在其中通过图示的方式示出本发明可以实践的具体实施例。应该理解可以利用其它实施例，并且可以在不背离本发明范围的情况下进行结构改变。
本发明提供用于样本处理设备的方法和系统，该设备可以用在涉及热量处理的方法中，例如敏感的化学处理，诸如PCR放大、连接酶链反应(LCR)、自持续序列复制、酶动力研究、同质的配合基结合分析和更复杂的生物化学或其它需要精确热量控制和/或快速热量变化的处理。除了控制设备的处理室中的样本材料的温度，样本处理系统能够提供样本处理设备的同步旋转。
一些关于本发明可使用的方法和系统的适当的样本处理设备的例子，在例如通常指定的美国专利No.6734401、标题为“增强的样本处理设备、系统和方法(ENHANCED SAMPLE PROCESSIING DEVICESSYSTEMS AND METHODS)”(Bedingham等人)和美国专利申请公开No.2002/0064885、标题为“样本处理设备(SAMPLE PROCESSINGDEVICE)”的文献中进行了描述。其它有用的设备构造可以在下列文献中发现：例如，申请日为2000年6月28日、标题为“热量处理设备和方法(THERMAL PROCESSING DEVICES AND METHOD)”的美国临时专利申请系列号NO.60/214508，申请日为2000年6月28日、标题为“样本处理设备、系统和方法(SAMPLE PROCESSINGDEVICES，SYSTEMS AND METHODS)”的美国临时专利申请系列号NO.60/214642，申请日为2000年10月2日、标题为“样本处理设备、系统和方法(SAMPLE PROCESSING DEVICE，SYSTEMS ANDMETHODS)”的美国临时专利申请系列号NO.60/237072，申请日为2001年1月6日、标题为“样本处理设备、系统和方法(SAMPLEPROCESSING DEVICES，SYSTEMS AND METHODS)”的美国临时专利申请系列号NO.60/260063，申请日为2001年4月18日、标题为“增强的样本处理设备、系统和方法(ENHANCED SAMPLEPROCESSING DEVICES，SYSTEMS AND METHODS)”的美国临时专利申请系列号NO.60/284637和标题为“样本处理设备和载体(SAMPLE PROCESSING DEVICES AND CARRIERS)”的美国专利申请No.2002/0048533。其它可能的设备构造可以在例如美国专利No.6627159、标题为“样本处理设备的离心填充(CENTRIFUGALFILLING OF SAMPLE PROCESSING DEVICES)”(Bedingham等人)的文献中找到。
本发明的样本处理系统优选包括以这种方式连接于驱动系统的基板，使得提供基板绕旋转轴线的旋转。当样本处理系统固定到基板上时，样本处理设备随着基板旋转。基板包括至少一个热结构，该结构能够用于加热样本处理设备的部分，并且可以包括多种其它组件，例如温度传感器、电阻加热器、热电模块、光源、光检测器、传送器、接收器等。
尽管相对位置术语“顶”、“底”、“上面”、“下面”等可以用于本发明中，可以理解这些术语仅用于表示其相对关系。例如，当用于本发明的设备时，“顶”和“底”可以用于表示基板的相对侧，在样本处理期间，顶面典型地定位于靠近安装于基板上的样本处理设备。
在实际使用中，描述为“顶”或“底”的元件可以在任何方向或位置发现，并且不应作为将样本处理设备的方法、系统限制在任何特定方向或位置。例如，样本处理设备的顶面在处理期间可以实际上位于样本处理设备的底面的下面(尽管顶面将仍在样本处理设备与底面的相反侧)。
一个例证性的样本处理系统简要地描绘在图1的分解透视图中。该系统包括绕旋转轴线11旋转的基板10。基板10可优选通过轴22连接到驱动系统20。但是，可以理解基板10可以通过任何适合的替代设置和驱动系统20结合，例如通过直接在基板10上操作的带或驱动轮等。
图1中也描绘了优选如这里所述用于基板10的样本处理设备50和盖子60。本发明的系统可以实际上不包括样本处理设备，在大多数实例中，样本处理设备是用于执行多种测试等、并且然后抛弃的可消耗设备。因此，本发明的系统可以用于多种不同的样本处理设备。
示出的基板10包括热结构30，该热结构优选包括露出在基板10的上表面12的转移表面32。“露出”意味着热结构30的转移表面32可处于和样本处理设备50的部分的物理接触，使得热结构30和样本处理设备热结合以通过传导转移热能。优选在样本处理期间，热结构30的转移表面32可以直接位于样本处理设备50的所选部分的下面。样本处理设备50的所选部分可以优选包括处理室52，如在例如美国专利No.6734401、标题为“改进的阳平处理系统及方法(ENHANCEDSAMPLE PROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS)”(Bedingham等人)的文献中讨论的。
如这里讨论的，本发明的系统可以优选包括盖子60，其与基板10一起，加压处于二者之间的样本处理设备，以优选增强基板上的热结构30和样本处理设备50之间的热结合。优选当基板10通过驱动系统20绕轴线11旋转时，样本处理设备50和盖子60随着基板10一起旋转。
基板10和盖子60之间的压力可以利用多种结构实现。图1的实施例中描绘的一个示例性加压结构是位于盖子60上的磁性元件70和位于基板10上的相应磁性元件72。磁性元件70和72之间的磁性吸引力可以用于将盖子60和基板10相互拉近，因此位于其间的样本处理设备被压缩或变形。
这里使用的“磁性元件”是表现出磁场的结构或物体。磁场优选有足够强度以产生所需的压力，该压力导致如这里讨论的样本处理设备50和基板10的热结构30之间的热结合。磁性元件可优选包括磁性材料，例如表现永久磁场的材料或能够表现临时磁场的材料。
可能的适当磁性材料的一些例子包括：例如磁铁或包括铁和一种或多种其它金属的混和氧化物的物质的“铁素体”，例如钠米水晶钴铁氧体。但是，可以使用其它铁素体材料。可以用于设备50的构造的其它铁素体材料可以包括、但不限于：陶瓷和柔性磁性材料，其可由下列物质制成：可和聚合物(例如塑料、橡胶等)结合的氧化锶铁；NdFeB(该磁性材料也可以包括镝)；硼化钕；SmCo(钐钴)；铝、镍、钴、铜、铁、钕等的组合；以及其它材料。磁性材料也可以包括例如不锈钢或其它可磁化的材料，可通过使可磁化材料经过充分的电和/或磁场而获得充分的磁性。
优选地，磁性元件70和72可以是可操作地连接到盖子60和基板10上的不连续的物体，如在图1的实施例(其中磁性元件70和72是盘形物体)中所描绘的。但是在一个替代实施例中，基板10、热结构30和/或盖子60可以包含充分的磁性材料(例如以模制或其它方式设置在组件的结构中)，分离的、不连续的磁性元件不是必需的。
图2是在替选的基板110上的磁性元件172的一个可替选设置方式的图，优选基板110绕轴线111旋转。如图2所描绘的，磁性元件172可以小于图1中描绘的系统中的那些元件。可以发现这种设置的潜在优势是磁力对于基板110的周边(特别是盖子包括磁性元件的互补设置之处)更均匀的分布。
在另一个替选方式中，盖子60和/或基板10可以包括电磁石形式的一个或多个磁性元件，其可被在需要的时候激励而代替被动的磁性元件来提供压力。在这种实施例中，在样本处理设备50的旋转期间，需要电源提供给电磁石。
尽管在图1中没有详细描绘，基板10可以优选如此构成，使得热结构30露出在基板10的顶表面12和底表面14两者上。通过将热结构30露出在基板10的顶表面12上，更直接的热通道可以设置在热结构30的转移表面32和位于盖子60与基板10之间的样本处理设备50之间。
热结构30也优选露出在基板10的底表面14上。当热结构30通过将电磁能量引导到基板10的底表面14之上的辐射体发射的电磁能量而被加热时，将热结构30露出在基板10的底表面14上是有利的。
尽管图1的系统包括电磁能量源来对热结构提供热能，热结构的温度可以被任何适当的可向热结构提供热能的能量源控制。用于本发明的可能的适当能量源的例子，除了电磁能量源以外，可以包括：例如珀耳帖元件(Peltier elements)、电阻加热器等等。
本发明中使用的术语“电磁能量”(以及其变形)意味着能够从辐射体在没有物理接触情况下传递到所需位置或材料的电磁能量。电磁能量的非限制性例子包括：激光能、射频(RF)、微波辐射、光能(包括紫外到红外频谱)等。优选电磁能量限制在落入紫外到红外辐射的频谱内的能量。
电磁能量源90的一个例子在图1中示出，由源90发射的电磁能量直接引导到基板10的底表面14之上和露出在基板10的底表面14上的热结构30的部分之上。一些适当的电磁能量源的例子可以包括但不限于：激光、宽带电磁能量源(例如白光)等。
在热结构30将被远程能量源(例如不通过直接接触将热能传递给热结构的能量源)加热之处，热结构30可以优选被构造成吸收电磁能量且将吸收的电磁能量转换为热能。用于热结构30中的材料优选拥有充分的热传导率并且吸收由电磁源90以足够的速率产生的电磁能量。另外，也期望用于热结构30的材料或多种材料具有足够的热容量以提供热容量效果。一些适当的材料的例子包括，但不限于：铝、铜、金等。如果热结构30由自身不以足够的速率吸收电磁能量的材料构成，可以优选热结构30包括提高热吸收性的材料。例如，热结构30可以由诸如碳黑、聚吡咯(polypyrrole)、油墨等电磁能量吸收材料涂覆。
除了选择用于热结构30的适当材料，热结构也可以优选包括槽或面对电磁能量源90的其它表面结构，以增加露出在由源90发射的电磁能量下的表面区域量。增加了露出在来自源90的电磁能量下的热结构30的表面区域，可以增强由热结构30吸收能量的比率。增加的用于热结构30中的表面区域也可以增加电磁能量吸收效率。
还期望的是，热结构30与基板10的其余部分相对地热绝缘，使得仅热结构30中有限量的热量转移到基板10的其余部分上(如果有)。热绝缘可以例如通过制造基板10的支持结构的材料来实现，该材料仅吸收有限的热能，该材料例如聚合物等。一些用于基板10的支持结构的适当材料包括：例如填充玻璃的塑料(例如聚乙醚酯酮)、硅树脂、陶瓷等。
尽管基板10包括基本连续圆环形的热结构30，用于依据本发明系统的基板中的热结构可替选地设置为一系列不连续的热元件，例如圆形、方形，位于样本处理设备50的处理室下面。但是，连续环形热结构30的一个可能的优势是在加热过程中热结构30的温度可以平衡。如果样品处理设备中的一组处理室如此设置，使得它们直接和热结构30的转移表面32接触，对于所有的位于连续热结构30之上的处理室，有可能改进室与室之间的温度一致性。
尽管示出的基板10仅包括一个热结构30，可以理解在本发明系统中的基板可以包括任何需要数量的热结构，以将热能转移到所选的处理室或由所选的处理室转移到热结构，其中处理室位于处理设备上。进一步，可以优选设置一个以上的热结构，不同的热结构相互独立，使得没有大量的热能在不同的独立热结构之间转移。在一个可替选的例子中，独立热结构可以同心圆环的形式设置。
图3是图1所示系统的基板10和热结构30的一部分沿图1中的线3-3的截面透视图。基板10包括主体16，热结构30连接到该主体上。尽管图3中看不到，主体16优选固定地连接到用于旋转基板10的轴上。通过固定地连接，在系统操作期间，当样本处理设备在盖子60和基板10之间被加压时，主体16优选相对轴不移动。
如图3所示，热结构30在转移表面32之下可以优选是一般的U形。这种形状可以优选实现多种功能。例如，U形热结构30可以增加表面区域，其中电磁能量入射到该表面区域上，因此可能增加转移到热结构30上的能量的数量和比率。另外，U形热结构可以使热结构30表现较低的热质量。
如这里讨论的，本发明系统的一个可选特征是热结构30的浮动或悬挂连接，诸如热结构30和盖子60彼此相对弹性地偏压。可以优选热结构30通过一个或多个弹性元件结合到基板10，其中该一个或多个弹性元件提供与由加压结构(例如磁场)施加的力相对的偏压力。在这种系统中，优选热结构30能够响应于基板10和盖子60之间的压力而相对于基板10的主体16移动。热结构30的移动可以优选被限制在Z轴方向，优选和旋转轴线对准(优选平行于旋转轴线)。
通过提供和样本处理设备50的表面之间改进的兼容性，热结构30的弹性结合可以是有利的。热结构30的浮动连接有助于补偿如表面不平整、厚度变化等。热结构30的弹性结合也可以提高当样本处理设备50在两个部件之间被加压时的盖子60和热结构30之间的压力一致性。
很多不同结构可以用于对热结构30进行弹性结合。一个示例性结构在图3和4中示出，该结构是以连接于主体16和热结构30的板簧40的形式。示出的板簧40包括内环42和延伸到外环46的弹簧臂44。内环42连接到主体16且外环46连接到热结构30的凸缘36。弹簧40的连接可以通过任何适当的技术或多种技术的组合来实现，例如机械扣接、粘接、焊料(solder)、铜焊、焊接(welding)等。
由板簧40产生的力可以通过下列手段进行调整：改变限定弹簧臂44的切口45的长度、改变弹簧臂44的径向宽度、改变弹簧臂44的厚度(在Z方向)、对弹簧40材料的选择。
优选地，将基板10和盖子60向彼此推压的力导致在由热结构30的转移表面32的内缘限制的圆周内的基板10的主体16和盖子60之间的物理接触。换句话说，所示实施例中磁性吸引力优选逆着基板10的主体16拉盖子60。结果，施加在由盖子60和转移表面32夹住的样本处理设备50的部分上的力通过板簧40(或如果使用的其它弹性元件)进行施加。换句话说，对夹持力的控制可以优选通过弹性元件/板簧40来控制。
为了获得以前段落中描述的结果，可以优选在盖子60和基板10的主体16之间产生的夹持力大于操作用来迫使热结构30的转移表面32朝着盖子60的偏压力。结果，盖子60被拖拉与主体16接触，并且弹性部件(例如，描述的实施例中的板簧40)控制施加到处于盖子60和转移表面之间的样本处理设备50上的力。
在描述的实施例中，绝缘元件38位于外环46和凸缘36之间。绝缘元件38可以实现多种功能。例如，绝缘元件38可以减少热量在弹簧40的外环46和热结构30的凸缘36之间的转移。绝缘元件38的另一个可能的功能可以是提供弹簧40的预负载，使得热结构30向基板10的顶表面12偏压的力等于或大于所选水平。较厚的绝缘元件38将典型地被期望增加预负载，而较薄的绝缘元件38将典型地被期望减少预负载。一些用于绝缘元件的可能的适当材料的例子，可包括具有比金属低的热传导性的材料，诸如聚合物、陶瓷、人造橡胶等。
尽管板簧40是可用于弹性结合热结构30的弹性元件的一个例子，多种其它弹性元件可以用于代替示出的板簧40或作为其附加。一些其它可能适当的弹性元件的例子可以包括：例如片簧、弹性材料元件、充气结构(例如活塞、气囊等)等。
在图1和3的实施例中，尽管板簧40和基板10的主体16示出为分离元件，主体16和弹簧40的功能在一个整体组件中实现的替选方式是可能的。
本发明样本处理系统的其它可选特征的一个例子在图5中示出，图5是保持在热结构230和盖子260之间的压力下的样本处理设备250的放大截面图。
从图5中所示的实施例中，热结构230的转移表面232可以优选是以位于内边缘231和外边缘233之间的升高部分(内边缘231最接近旋转轴线，如这里讨论的热结构绕该旋转轴线旋转)来成形的表面。在样本处理设备250由盖子260接触以前，与在热结构的内、外边缘231和233的部分相比，转移表面232的升起部分可优选更接近盖子260。当从图5的径向截面看时，转移表面232可以优选具有凸曲率。凸起的转移表面232可以由圆周曲线或任何其它曲线轮廓限制，例如椭圆等。
图6和7描绘了可以关于所设置的热结构使用的可替选形状的转移表面，例如圆环。一个这种如图6所示的变形包括热结构330(描绘截面图以显示其轮廓)。热结构330包括成形的具有内边缘331和外边缘333的转移表面332。内边缘331的位置最接近旋转轴线，如这里讨论的，热结构330绕该旋转轴线进行旋转。也描绘了横向于旋转轴线的平面301(在图6中的边缘可见)。
在描述的实施例中，平面301延伸通过成形的转移表面332的外边缘333。与图5中的转移表面232的内边缘231和外边缘233都位于同一平面上不同，如图6所示，转移表面332的内边缘331可优选位于从参考平面301偏离距离(o)。可以优选转移表面332的内边缘331位于比外边缘333更接近盖子(未示出)。
如这里讨论的，成形的转移表面332可以优选包括位于内边缘331和外边缘333之间的升高部分。在图6中升高的部分高度(h)是相对于平面301的，该高度(h)优选代表转移表面332的升高部分的最大高度。
尽管图5和6中描绘的成形的转移表面232和332包括最有具大高度的升高部分，该部分在转移表面的内边缘和外边缘之间，但升高部分的最大高度可选地位于转移表面的内边缘。一个这种实施例在图7中示出，其中描绘了热结构430的部分的截面图。热结构430包括成形的转移表面432，如上所述具有内边缘431和外边缘433。转移表面432优选包括升高部分，该升高部分在参考平面401上具有高度(h)，该参考平面延伸通过转移表面432的外边缘433。
与图5和6中的转移表面不同，转移表面432的升高部分具有位于内边缘431的最大高度(h)。从最大高度(h)，转移表面以向外边缘433的凸曲率向下弯曲。在这种实施例中，内边缘431位于从参考平面401的偏移距离(o)等于高度(h)。
在图5-7中示出的转移表面232、332、432从平面背离的量可以是被放大的。高度(h)在某种程度上可以是从转移表面的内边缘到外边缘的径向距离的函数。对于转移表面的径向宽度，例如是4厘米或更小，优选2厘米或更小，并且甚至是1厘米或更小，优选高度(h)在大于零的更低的值的范围内，优选0.02毫米(mm)或更多，或更优选0.05毫米(mm)或更多。在范围的上端，可以优选高度(h)是1毫米或更少，优选0.05mm或更小，甚至0.25毫米或更小。
返回到图5，通过提供和本发明的盖子260以及加压结构有关的成形的转移表面，热结构230和样本处理设备250之间的热结合效率可被提高。成形的转移表面232与由盖子260施加的力一起，可以优选使样本处理设备250变形，从而可以与转移表面232的形状符合。这种样本处理设备250的变形在促进接触上是有利的，即使面对转移表面232的样本处理设备250的表面或转移表面232本身包括在没有变形时会干扰均衡接触的不规则形状。
如果样本处理设备250包括处理室(例如见图1中的样本处理设备50上的室52)，可优选在盖子260中提供光学窗268，允许电磁能量通过盖子260传递。这种电磁能量可以用于例如监视处理室、询问处理室、热处理室、处理室中的刺激材料等。通过光学窗，可使盖子260的所选部分传递具有所选波长的电磁辐射。可以通过传输材料或形成在盖260上的空间进行传输。
为了进一步促进样本处理设备250的变形，以与转移表面232的形状符合，可以优选包括盖260中的加压环262和264，使得环262和264接触样本处理设备250，基本上跨越样本处理设备250面对转移表面232的部分。可以进一步优选在盖子260和热设备230之间转移的基本上所有压力，通过盖子260的内加压环262和外加压环264产生。
为了可能进一步增强样本处理设备250和转移表面232的符合性，可以优选内加压环262和外加压环264包括边缘处理266，使得在不同组件(盖子、样本处理设备、热设备等)的尺寸的次要变化可以至少部分地通过边缘处理266进行补偿。适当边缘处理的一个例子可以是促进样本处理设备250和加压环262和264之间点接触的圆形结构。可能适用于边缘处理的另一可能的例子可以包括：例如图8A示出的弹性垫圈366a、图8B示出的悬臂元件366b和图8C中示出的三角形结构366c。
在另一变形示例中，可以理解的是尽管示出的系统包括将热结构结合到基板的弹性元件，也可以使用替代结构，其中内加压环262和外加压环264通过一个或多个弹性元件弹性结合到盖子260。弹性地安装在盖子260上的加压环262和加压环264也可以在系统中提供一些补偿，例如对于不平整的表面、厚度变化等。加压环的弹性结合也可以改进当样本处理设备250在两个组件之间加压时在盖子260和热结构230之间产生的压力的一致性。
如这里讨论的，优选样本处理设备250的与转移表面232(或其它成形的转移表面)接触的部分表现相当的兼容性，在加压下，可以使样本处理设备250与转移表面232的形状符合。该兼容性可以限于样本处理设备和转移表面232接触的部分。一些可能适当的样本处理设备可以包括适合于和热转移表面符合的兼容部分，例如在申请日为2005年7月5日的名称为“兼容流体样本处理盘(COMPLIANTMICROFLUIDIC SAMPLE PROCESSING DISKS)”美国专利申请No.11/174680和申请日为2005年7月5日的名称为“模型样本处理装置和方法(MODULAR SAMPLE PROCSSING APPARATUS ANDMETHODS)”的美国专利申请No.11/174756中描述的。
如在前述段落指出的文献讨论的，如果设备包括形成为复合结构的环形处理环，该复合结构包括核心和利用压感粘接剂连接到其上的盖子，样本处理设备的兼容性可被增强。这种复合结构的一个部分在图9中示出，其包括设备450，该设备具有主体480和利用粘接剂(优选压敏粘接剂)484和488(分别)连接到其上的盖子482和486。处理室以圆形排列设置之处(如图1和3中所示)，由如图9所示的复合结构形成，处理室和盖子可优选限定兼容的圆形处理环，其适合于当样本处理盘压向成形的热转移表面时与下面的热转移表面的形状符合。兼容性优选由一些圆形处理环的变形而同时维持处理室的流体完整性(即，不产生泄漏)获得。
用于密封样品处理设备中的任何流体结构(诸如处理室)的主体480和不同盖子482和486，可以由任何适当材料构成。适当材料的例子可以包括：例如聚合物材料(如聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯等)、金属(例如金属箔片)等。盖子可以优选但不必需提供为一般地类似于平片的件，例如金属箔片、聚合物材料、多层复合体等。可以优选使主体和盘的盖子表现出优良的防水性的材料。
优选地，盖子482和486的至少一个由充分地传输所选波长的电磁能的材料或多种材料构成。例如，优选盖子482和486的一个由可以视觉观察或荧光机器监视或在处理室内颜色变化的材料构成。
还优选地，盖482和486中的至少一个包括金属层，例如金属箔片。如果提供为金属箔片，盖子可优选在面对流体结构内部的表面上包括钝化层，以防止样本材料和金属之间的接触。这种钝化层也可以作为粘接结构，可以用于例如聚合物的热熔化粘接。作为分离的钝化层的替选，可用于将盖子连接到主体480上的任何粘接层也可以作为钝化层，防止样本材料和盖子中的任何金属接触。
在一些实施例中，一个盖子482可优选由聚合膜(例如聚丙烯)制造，而在设备450相对侧的盖子486可优选包括金属层(例如铝的金属箔片层等)。在这个实例中，利用这里描述的热结构/表面，盖子482优选将所选波长的电磁辐射，例如可见光、紫外光等，传递到处理室的内部或从处理室传递出来，而盖子486的金属层有利于热量转移到处理室或从处理室转移出来。
盖子482和486可以通过任何适当技术或者多种技术(例如熔化粘结、粘接剂、熔化粘结和粘接剂的组合等)连接到主体480。如果采用熔化粘结，优选连接于主体上的盖子和表面包括：聚丙烯或一些其它可熔化粘结的材料，以利于熔化粘接。但是优选盖子482和486利用压敏粘结剂连接。压敏粘结剂可以提供为压敏粘结剂层的形式，优选提供为在盖子和主体480的相对表面之间连续的、不间断的层。一些可能的适当的连接技术的例子包括粘结剂等，例如在名称为“增强的样本处理设备、系统和方法(ENHANCED SAMPLE DEVICESSYSTEMS AND METHODS)”的美国专利No.6734401和名称为“样本处理设备(SAMPLE PROCESSING DEVICES)”的美国专利申请公开No.US2002/0064885中描述的。
压敏粘结剂典型地表现粘弹性的属性，可优选允许盖子相对于下面的主体某种程度的移动，其中盖子连接到主体上。移动可以是圆形处理环变形的结果，其中变形是为了例如如这里所述与转移表面的形状符合。相对移动也可以是盖子和主体之间不同热膨胀率的结果。不管在本发明的盘中盖子和主体之间相对移动的原因，可优选压敏粘结剂的粘弹性属性使得处理室和流体结构的其它流体特征优选保持其流体整体性(例如不会泄漏)，而不用管变形。
样本处理设备包括形成为复合结构的圆形处理环，利用通过粘弹性压敏粘结剂连接到主体上的盖子，如这里所述，样品处理设备表现出兼容性，响应施加的力以将圆形处理环与成形的转移表面符合。用于本发明中的样本处理设备中圆形处理环的兼容性，可替选地通过例如将处理室设置为在圆形处理环内的排列(例如圆形)而提供，其中主要区域由主体480上的空间占据。处理室自身可以优选由主体480上的空间形成，该空间由连接到主体480上的盖子482和486封闭。
图10是本发明样本处理设备的一个主要表面的部分的平面图。图10中示出的设备450的部分包括具有外边缘485和内边缘487的圆形处理环的部分。处理室452位于圆形处理环内，并且如这里讨论的，可优选形成为延伸通过主体480的空间，盖子482和486与空间一起限定处理室452的容量。为了提高由处理室452占据的圆形处理环的兼容性或灵活性，可优选处理室452的空间占据主体480位于圆形处理环中的容积的50％或更多。
优选地，内加压环(见图6中的参考标号262)沿着圆形处理环的内边缘487或在内边缘487和处理室452的最内部分之间接触设备450。也优选外加压环(见图6中的参考标号264)沿着圆形处理环的外边缘485或在外边缘485和处理室452的最外部分之间接触设备450。
用于本发明中的样本处理设备中圆形处理环的兼容性，可优选通过利用粘弹性压敏粘结剂形成为复合结构的圆形处理环和位于圆形处理环内部的空间的组合来提供。这种组合可以比仅采用其中任一种提供更多的兼容性。
这里和附加的权利要求中使用的单数形式包括多个涉及的对象，除非上下文明确指示有别的方式。因此，例如，提到的单数形式的组件可以指一个或多个组件和本领域技术人员理解的其等同物。
这里引证的所有参考文献和其公开的内容在此整体并入做为参考。已经做出讨论和参考的本发明的实施例在本发明范围内可以进行可能的变形。对本领域技术人员而言明显的这些和其它本发明中的变形和改进，不脱离本发明的范围，并且应该理解本发明不限于这里提出的实施例，相应地，本发明仅受到下面提供的权利要求和其特同物的限制。

Claims (20)

1.一种用于处理样本处理设备的系统，该系统包括：
基板，其可操作地结合到驱动系统，其中驱动系统使基板绕旋转轴线旋转；
盖子，其面对基板的第一表面；
加压结构，其可操作地连接到盖子，以将盖子压向基板；
热结构，其可操作地连接到基板；
一个或多个弹性元件，其可操作地连接到盖子和热结构的一个或两者，其中一个或多个弹性元件提供偏压力，所述偏压力与加压结构将盖子压向基板的力相对，其中通过所述加压结构以及所述一个或多个弹性元件推压位于盖子和基板的第一表面之间的样本处理设备的部分，以和热结构接触；和
能量源，其适于在基板绕旋转轴线旋转的同时对热结构传递热能。
2.如权利要求1所述的系统，其中一个或多个弹性元件将热结构结合到基板。
3.如权利要求1所述的系统，其中当位于盖子和基板之间的样本处理设备的部分被推压至与热结构的转移表面接触时，热结构可相对于基板的第一表面移动。
4.如权利要求2所述的系统，其中一个或多个弹性元件包括板簧。
5.如权利要求2所述的系统，其中基板包括停止件，在没有与盖子接触时，热结构被压向停止件。
6.如权利要求1所述的系统，其中能量源包括电磁能量源，其适于在基板绕旋转轴线旋转的同时将电磁能量引导到热结构的一部分上。
7.如权利要求1所述的系统，其中盖子包括内加压环和外加压环，并且其中内加压环和外加压环接触并推压位于盖子和基板之间的样本处理设备，使样本处理设备与热结构的转移表面接触。
8.如权利要求7所述的系统，其中内加压环和外加压环包括和样本处理设备相接触的兼容结构，其中当推压样本处理设备与转移表面接触时，该兼容结构表现出弹性变形。
9.如权利要求1所述的系统，其中加压结构包括一个或多个磁性元件，所述磁性元件可操作地连接到盖子和基板上，其中连接到盖子和基板上的一个或多个磁性元件之间的磁性吸引力将盖子拉向基板的第一表面。
10.如权利要求9所述的系统，其中一个或多个磁性元件包括永久磁体。
11.如权利要求9或10所述的系统，其中一个或多个磁性元件包括可操作地连接到盖子的第一套永久磁体和可操作地连接到基板的第二套永久磁体。
12.如权利要求1所述的系统，其中加压结构包括可操作地连接到盖子和基板的机械夹持器。
13.如权利要求1所述的系统，其中热结构包括紧接基板第一表面露出的转移表面，并且其中露出的转移表面是以圆环的形式，该圆环包括紧接基板第一表面的内边缘和外边缘，其中转移表面的外边缘沿着Z-轴方向相对于转移表面的内边缘偏移。
14.如权利要求13所述的系统，其中露出的转移表面包括凸起的转移表面。
15.一种处理位于样本处理设备内的样本材料的方法，该方法包括：
将样本处理设备放置在基板和盖子之间，其中样本处理设备包括位于圆形处理环内的一个或多个处理室，
提供凸起的转移表面，所述凸起的转移表面连接到基板，其中凸起的转移表面是以圆环的形式，与样本处理设备上的圆形处理环接触；
通过将盖子和基板向彼此加压，使在凸起的转移表面上的样本处理设备的圆形处理环变形；和
使在凸起的转移表面上的圆形处理环变形的同时，绕旋转轴线旋转基板、盖子和样本处理设备；
其中凸起的转移表面弹性地安装在基板上，并且其中将盖子和基板向彼此加压，使凸起的转移表面相对基板移动。
16.如权利要求15所述的方法，其中转移表面包括紧接在基板的第一表面上的内边缘和外边缘，其中转移表面的外边缘沿旋转轴的方向相对于转移表面的内边缘偏移。
17.如权利要求15所述的方法，其中盖子包括内加压环和外加压环，并且其中内加压环和外加压环接触凸起的转移表面上的样本处理设备并使该样品处理设备变形。
18.如权利要求15所述的方法，其中将盖子和基板向彼此加压包括将盖子向基板磁性地吸引。
19.如权利要求15所述的方法，其中转移表面包括热结构的一部分，并且其中该方法包括在基板绕旋转轴线旋转的同时通过将电磁能量从电磁能量源引导到热结构的部分上而加热转移表面。
20.一种用于处理样本处理设备的系统，该系统包括：
基板，其可操作地结合到驱动系统，其中驱动系统使基板绕旋转轴线旋转；
盖子，其面对基板的第一表面；
加压结构，其可操作地连接到盖子，以将盖子压向基板；
热结构，其可操作地连接到基板；
一个或多个弹性元件，其可操作地连接到盖子和热结构的一个或两者，其中一个或多个弹性元件提供偏压力，所述偏压力与加压结构将盖子压向基板的力相对，其中一个或多个弹性元件将热结构结合到基板，并且其中当位于盖子和基板的第一表面之间的样本处理设备的部分被推压至与热结构接触时，热结构可相对于基板的第一表面移动；和
能量源，其适于在基板绕旋转轴线旋转的同时对热结构传递热能。
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