用于处理生物样品的系统和方法与流程

本申请是2013年2月13日提交的、申请号13/766,359的部分延续申请，其通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明一般关于分子诊断领域，并且更具体地，关于用于处理生物样品的改进的系统和方法。

背景

分子诊断是在近25年期间快速发展的临床试验学科。它起源于基础生物化学和分子生物学研究程序，但现在已成为专注于核酸(NA)的常规分析的独立学科，包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的常规分析，以用于医疗卫生的诊断用途和涉及生物样品的核酸分析的其他领域。生物样品的分子诊断分析可以包括检测存在于样品中的一种或更多种核酸物质。执行的特定分析可以是定性的和/或定量的。分析的方法通常包括核酸物质的分离、纯化和扩增，并且聚合酶链式反应(PCR)是用于扩增核酸的常用技术。通常，待被分析的核酸样品以不足的数量、质量和/或纯度获得，妨碍诊断技术的可靠的实现。当前的样品处理方法和分子诊断技术通常是劳动/时间密集的、低通量且昂贵的，并且分析系统是不充分的。另外，分离、处理和扩增方法是对于某些样品基质和/或核酸类型特异性的，并且不能应用于全部常见生物样品和核酸类型。

由于当前分子诊断系统和方法的这些和其他缺陷，因此存在对有利于处理生物样品的改进的系统和方法的需求。本发明提供这样的系统和方法。

附图的简要描述

图1A-1B描绘了用于处理生物样品的系统的实施方案；

图2-3描绘了用于处理生物样品的分子诊断模块的实施方案；

图4A-4B描绘了分子诊断模块的实施方案的线性致动器的结构；

图5A-5D描绘了分子诊断模块的阀致动子系统的实施方案的元件；

图6A-6B描绘了分子诊断模块的阀致动子系统的实施方案的结构；

图7A-7C描绘了分子诊断模块的阀致动子系统的实施方案的元件；

图8A和8B描绘了分子诊断模块的阀致动子系统的实例的元件；

图9描绘了分子诊断模块的光学子系统的实施方案的元件；

图10A-10B描绘了用于处理生物样品的微流体仓匣(microfluidic cartridge)的实施方案；

图11A-11C描绘了用于处理和检测核酸的系统的流体分配系统的实施方案；以及

图12描绘了用于处理和检测核酸的方法的实施方案。

优选实施方式的描述

本发明的优选实施方案的以下描述不意图将本发明限制为这些优选实施方案，而是使本领域的任何技术人员能够制造和使用本发明。

1.用于处理和检测核酸的系统

如图1A-1B中示出的，用于处理生物样品的系统100的实施方案包括：分子诊断模块130，所述分子诊断模块130包括微流体仓匣接收模块140、加热和冷却子系统150、磁体160、阀致动子系统170和光学子系统280。系统100的其他实施方案还可以包括微流体仓匣210、流体分配系统250、处理器290和用户界面295，所述微流体仓匣210被配置为有助于样品处理，所述流体分配系统250被配置为有助于将气体和液体递送至系统100的不同元件，所述处理器290被配置为分析从系统100的运行产生的数据，所述用户界面295被配置为允许使用者与系统100交流。系统100可以另外地或可代替地包括任何其他适合的元件，如标题为“System and Method for Processing and Detecting Nucleic Acids”且提交于2013年2月13日的U.S.申请号13/766,359中描述的，该申请通过引用全文并入本文。因此，系统100作用为接收包含核酸的生物样品(即，不纯的核酸样品)、从生物样品分离核酸和根据至少一个分子诊断方案(例如，PCR)分析核酸样品。优选地，系统100是一个简单工作的系统(walkaway system)，通过它使用者加载包含核酸的生物样品组，并接收产生自分子诊断方案的一组数据，不需要由使用者进行任何另外的样品操作。或者，系统100有利于用于分子诊断方案的样品制备的方面，其中一些样品操作由使用者执行。

在系统100的一个示例工作流程中，流体分配系统250吸入生物样品组并将生物样品分配到微流体仓匣210，所述微流体仓匣210排列在分子诊断模块130的仓匣接收模块140中，并且被配置为由分子诊断模块130操作。然后，随着流体分配系统250在适当的阶段分配洗涤溶液、分离溶液和/或空气，分子诊断模块130的加热和冷却子系统150、磁体160和阀致动子系统170有助于从生物样品分离核酸组。然后，流体分配系统250从包含于分子诊断模块130的微流体仓匣210吸入核酸组、将核酸组与分子诊断试剂组合并，并将与分子诊断试剂组组合的核酸组(即，核酸-试剂混合物组)分配至分子诊断模块130内的微流体仓匣210。然后，分子诊断模块130的加热和冷却子系统150、光学子系统180和阀致动子系统170通过被配置为在用户界面上展示信息的处理器来帮助分析核酸-试剂混合物组。

如所述的，以上工作流程只是系统100的一个示例工作流程。在以下1.1-1.4节描述了系统100的实施方案的元件的详细描述。

1.1系统-分子诊断模块

如图1B中示出的，系统100的分子诊断模块130的实施方案包括仓匣接收模块140、加热和冷却子系统150、磁体160、阀致动子系统170和光学子系统280，并且作用为操作用于处理包含核酸的生物样品的微流体仓匣210。分子诊断模块130优选地被配置为与至少一个另外的分子诊断模块130并行操作，使得包含分子样品的多个微流体仓匣210可以被同时处理。在第一个变型中，分子诊断模块130被配置为可与另一个分子诊断模块130以能够接近每个分子诊断模块130中的微流体仓匣210的方式堆叠。在另一个变型中，分子诊断模块130可以不被配置为与另一个分子诊断模块堆叠，使得分子诊断模块130被配置为在相同平面上并排放置。分子诊断模块130的实施方案的元件在以下1.1.1至1.1.4节进一步描述。

1.1.1分子诊断模块——仓匣接收模块

如图1B、2和3中示出的，分子诊断模块130的仓匣接收模块140包括仓匣平台141、线性致动器146和弹簧组148，所述仓匣平台141包括仓匣装载导轨142、仓匣止动器143、磁体接收槽144和接近区域组145；所述线性致动器146被配置为使放置在仓匣平台141的微流体仓匣210移位；所述弹簧组148耦合至仓匣平台141。因此，仓匣接收模块140作用为接收、排列和推压用于根据分子诊断测定方案处理生物样品的微流体仓匣210。仓匣平台141优选地被配置为沿着仓匣装载导轨142接收微流体仓匣210直到微流体仓匣210到达仓匣止动器143，并且由线性致动器146垂直移位，这对耦合至仓匣平台141的弹簧组148产生偏置力。当微流体仓匣210被线性致动器146垂直地移位时，磁体接收槽144和接近区域组145通过磁体160和阀致动子系统170提供对微流体仓匣210的接近。

仓匣平台141包括仓匣装载导轨142、仓匣止动器143、磁体接收槽144和接近区域组145，并且作用为接收并对齐微流体仓匣210，同时通过磁体160和阀致动子系统170提供对微流体仓匣210的接近。如在图2中示出的，仓匣平台141的实施方案包括一对平行仓匣装载导轨142，所述仓匣装载导轨142从被配置为引导微流体仓匣向该对平行的仓匣装载导轨142运动的一对向内逐渐变细的突起开始，并延伸跨越仓匣平台141的两个短边缘。仓匣平台141的实施方案还包括仓匣止动器143，所述仓匣止动器143包括垂直的凸耳，所述凸耳垂直于仓匣装载导轨142定向且延伸跨越仓匣平台的长边缘。优选地，仓匣装载导轨142和仓匣止动器143被这样配置，使得微流体仓匣210在仓匣装载导轨142之间滑动并碰到仓匣止动器143以发出正确对齐的信号。可代替地，仓匣装载导轨142和仓匣止动器143可以被这样配置，使得微流体仓匣在仓匣装载导轨142上方滑动或沿着仓匣装载导轨142滑动，之后，仓匣止动器143耦合至微流体仓匣210的一部分以确保微流体仓匣的正确对齐。可以使用仓匣装载导轨142和仓匣止动器143的另外的变型以使得微流体仓匣210的接收和对齐可以通过分子诊断模块130进行。

图2中示出的仓匣平台141的实施方案还包括接近区域组145和磁体接收槽144，所述接近区域组145垂直于平行的仓匣装载导轨142定向并且被配置为提供对阀致动子系统170的接近，所述磁体接收槽144位于接近区域组145中。优选地，如图2中示出的，磁体接收槽144和接近区域组145基本上延伸跨越仓匣平台141的长维度，并且被配置为对应于微流体仓匣210上的需要磁场和/或阀设置(valving)的位置，使得一旦微流体仓匣210在分子诊断模块130中被对齐就能够进行生物样品的处理和核酸检测。因此，磁体接收槽144和接近区域组145的可代替的结构可以适应具有需要磁场和/或阀设置以进行其他方案的可选择的区域的其他仓匣。在一个可选择的实施方案中，磁体接受槽144和接近区域可以包括仓匣平台141的一个连续的空间，使得仓匣平台141沿着微流体仓匣210的外周支撑微流体仓匣210，但在微流体仓匣210的大部分占用面积的下方形成连续的空间。

如以下更详细描述的，线性致动器146的功能是线性地移位放置在仓匣平台141上的微流体仓匣210，以推压微流体仓匣210并将微流体仓匣210置于微流体仓匣210一侧的仓匣加热器153和光学子系统280以及微流体仓匣210另一侧的磁体160和检测室加热器157之间。线性致动器146还向阀致动子系统170提供充足的对抗力，使得分子诊断模块130中的微流体仓匣210在被阀致动子系统170操作时保持正确的位置。线性致动器146还作用为使耦合至流体分配系统250的喷嘴149移位，以将流体分配系统250耦合至微流体仓匣210的流体端口222。在图1B中示出的分子诊断模块130的定向中，线性致动器146优选耦合至仓匣加热器153和光学子系统280的一部分，并且将仓匣加热器153和光学子系统280垂直移位以将仓匣加热器153和光学子系统280定位到微流体仓匣210上方。垂直移位还允许微流体仓匣210接收磁体160和检测室加热器157，磁体160提供磁场以有利于分子诊断方案的子组，检测室加热器157允许用于需要加热和冷却核酸的分子诊断方案(例如PCR)的核酸的扩增。优选地，线性致动器146是剪式千斤顶致动器(scissor jack actuator)，其被配置为向在分子诊断模块130中对齐的微流体仓匣210的全部阻塞位置施加基本上均匀的压力，并以至少两个构型运行。如图4A中示出的，在缩回构型146a中，剪式千斤顶致动器不使仓匣平台141线性移位，并且如图4B中示出的，在延伸构型146b中，剪式千斤顶致动器将微流体仓匣210线性移位以将微流体仓匣210定位至子系统153和180以及磁体160和检测室加热器157之间。另外，剪式千斤顶致动器的延伸构型146b被配置为将喷嘴149耦合至微流体仓匣210的流体端口222，使得流体分配系统250可以递送用于处理生物样品的溶液和气体。线性致动器146可以可代替地为被配置为使分子诊断模块130中的微流体仓匣线性移位的任何适当的线性致动器，诸如液压的、气动的或马达驱动的线性致动器。

如图1B、4A和4B中示出的，弹簧组148被耦合至仓匣平台141并作用为当线性致动器146移动停留在仓匣平台141上的微流体仓匣210时提供抵抗线性致动器146的对抗力。因此，如图4B中示出的，当线性致动器146处于缩回构型146b时，弹簧组148允许仓匣平台141回到允许从分子诊断模块130装载和卸载微流体仓匣210的位置。相似的，喷嘴149、加热和冷却子系统150、仓匣加热器153和磁体160优选地耦合至弹簧，使得弹簧被置于元件149、150、153和160以及安装有元件149、150、153和160的基底之间。可代替的，弹性体材料优选地被置于元件149、150、153和160以及安装有元件149、150、153和160的基底之间。弹簧和/或弹性体材料作用为当线性致动器146延伸或缩回时，向分子诊断模块130的子系统提供适当的功能和对齐，提高可靠性和降低堆叠公差风险。弹簧和/或弹性体材料还作用为允许向在分子诊断模块130中对齐的微流体仓匣210的阻塞位置施加更大的压力，和允许向分子诊断模块130的元件149、150、153和160施加适当的压力。因此，在元件149、150、153和160以及被分子诊断模块操作的微流体仓匣210之间保持适当的接触。这些元件在以下更详细地描述。

1.1.2分子诊断模块——加热/冷却子系统和磁体

分子诊断模块130的加热和冷却子系统150包括仓匣加热器153、风扇155和检测室加热器组157且作用为可控地加热用于根据分子诊断方案处理包含核酸的生物样品的微流体仓匣210的部分。在图1B中示出的分子诊断模块130的实施方案的定向中，仓匣加热器153优选地耦合至仓匣接收模块140的线性致动器146，并且被配置为延伸跨越在分子诊断模块130中对齐的微流体仓匣210的中央区，风扇155位于仓匣接收模块140的后壁，并且检测室加热器组157位于微流体仓匣210的检测室组的下方。在分子诊断模块130的可代替的实施方案中，加热和冷却子系统150可以具有向分子诊断模块130中的微流体仓匣提供受控的加热和冷却的任何适当的可代替的构型。

优选地，仓匣加热器153、风扇155和检测室加热器组157是标题为“System and Method for Processing and Detecting Nucleic Acids”且提交于2013年2月13日的U.S.申请号13/766,359中描述的那些，该申请通过引用全文并入本文；但是，在其他变型中，仓匣加热器153、风扇155和/或检测室加热器组157可以是任何其他合适的仓匣加热器153、风扇155和/或检测室加热器组157。

分子诊断模块130的磁体160的作用为提供用于分离和提取在分子诊断模块130中对齐的微流体仓匣210内的与磁珠结合的核酸的磁场。优选地，磁体160被固定在分子诊断模块130中，使得线性致动器146的延伸构型146b允许磁体160穿过仓匣接收模块140的磁体接收槽144并进入微流体仓匣210的磁体容纳区域218。在一个实例中，磁体160是被固定在仓匣平台141下的矩形棱柱形磁体160，并且被配置为穿过仓匣平台141进入位于微流体仓匣210的加热区域下方的磁体容纳区域218。优选地，磁体160是平行排列的2个或3个磁体中的一个，使得容纳磁体的微流体仓匣的流体通路的每一个被暴露于2倍或3倍磁通量和2倍至3倍的捕获磁珠的可能性。可代替地，磁体160是被配置为将液体通路组暴露于磁场的单个磁体。优选地，磁体160或多个磁体的组被耦合至分子诊断模块130内的磁体座。另外，磁体座优选地由绝缘材料构成，使得磁体座不影响仓匣加热器153的正常作用。可代替地，磁体座可以不由绝缘材料构成。

优选地，磁体160是标题为“System and Method for Processing and Detecting Nucleic Acids”且提交于2013年2月13日的U.S.申请号13/766,359中描述的磁体160；但是，在其他变型中，磁体160可以是任何其他合适的磁体。磁体160的可代替的结构和/或组成也可以适合于有助于分离和/或提取微流体仓匣210中的结合至磁珠的核酸。

1.1.3分子诊断模块——阀致动子系统

如图5A-5D中示出的，阀致动子系统170包括致动基底171、针组174、针壳体180、弹簧板183和致动器187；致动基底171包括有效区域阵列(array of active regions)172，针组174中的每个针175包括底端176、远端177和移位区域178，针壳体180包括围绕并引导针组174中的每个针175的移位的空腔组181，弹簧板183包括耦合至针组174的弹簧组184，致动器187被耦合至致动基底171、针壳体180和弹簧板183中的至少一个并且被配置为提供有效区域阵列172和针组174之间的相对移位。如以下更详细描述的，阀致动子系统170作用为操纵微流体仓匣210的阻塞位置组，其中阻塞位置组影响样品和/或流体(例如空气、试剂等)穿过微流体仓匣210的流体通路的转移。这样，通过针组174的致动，阀致动子系统170使得流体通路的部分能够可逆地打开和关闭，或保持在关闭的位置。如图1B中示出的，阀致动子系统170优选地位于仓匣平台141的下方的位置，使得针组沿着下到上的方向阻碍微流体仓匣210的阻塞位置；但是，在一个可代替的变型中，阀致动子系统170可以位于仓匣平台141上方的位置，使得针组沿着上到下的方向阻碍微流体仓匣210的阻塞位置。在另外的其他变型中，阀致动子系统170可以以任何其他适当的方式相对于仓匣平台141定位。

如图6A和6B中示出的，致动基底171包括有效区域阵列172，其作用为与针组174的一个或多个移位区域178相互作用，以将针组174的针175转变为延伸构型175a和/或缩回构型175b。优选地，有效区域阵列172被这样配置，使得针组174的子组可以被置于特定的且可重复的构型中(例如，延伸构型和缩回构型阵列)，以采用可重复的方式操作微流体仓匣210的流体通路，以用于处理核酸。优选地，在图5A和5C中示出的定向中，致动基底171将致动基底171的侧向运动转化成针组174的一个或更多个针的垂直致动；然而，在其他变型中，阀致动子系统171可以被配置为将致动基底171的任何其他适当的运动(例如，旋转运动、非侧向运动等)转化成针组174的一个或更多个针的致动。

优选地，有效区域阵列172包括在致动基底171的运动期间物理接触针组174的元件，从而将针组174的一个或更多个针175直接移动到期望的构型中。在一个这样的变型中，有效区域阵列172包括至少一个突起(例如，峰)并且可以另外或可代替地包括能够使针组174的针物理上升高和/或降低的至少一个凹陷区(例如，谷)。在一个选择中，有效区域阵列172可以包括向针组174的针传递力的元件，从而不经物理接触而将针移动到期望的构型。在一个这样的变型中，有效区域阵列172包括产生能够升高和/或降低针组174的针的磁场的磁性元件的阵列。在任何这些变型中，有效区域阵列172的元件可以位于致动基底171的第一表面179，使得致动基底171的运动被转化成接触致动基底的第一表面179的针的致动。在图5A和5C中示出的定向中，第一表面179可以是致动基底171的下表面，或是致动基底171的上表面。但是，在其他变型中，有效区域阵列172的元件可以位于致动基底171的多个表面，并且可以另外地或可代替地嵌入致动基底171中(例如，在磁性元件的嵌入阵列中)。另外，致动基底171可以包括物理上接触针组174的元件和不通过物理接触向针组174传递力的元件的组合。

如图5C中示出的，在第一个变型中，致动基底171包括凸轮卡(cam card)173，所述凸轮卡173包括一组峰185和谷186，并且作用为将在一个平面中的线性运动转化成在另一个平面中的垂直运动。在第一个变型中，凸轮卡173接触针组172的针的移位区域178，使得当凸轮卡173的峰185进入与移位区域178的对齐时，针是一个构型，当凸轮卡173的谷186进入与移位区域的对齐时，针是另一个构型。峰185和谷186的组的每个峰优选地是形态和大小相同的；但是，在变型中，峰185和谷186的组可以包括具有与峰185和谷186的组中的其他峰不同大小和/或形态的一个或更多个峰。相似地，峰185和谷186的组中的每个谷优选地是形态和大小相同的；但是，在变型中，峰185和谷186的组可以包括具有与峰185和谷186的组中的其他谷不同大小和/或形态的一个或更多个谷。这样，峰185和谷186的组可以被配置为向针组174中的每个针175提供相同的移动范围，或可以被配置为向针组的针175提供不同的移动范围。在另外的其他变型中，峰185和谷186的组的峰和/或谷可以是大小可调节的，以提供可调节的移动范围或补偿峰和/或谷的磨损。

在致动基底171的第一个变型中，凸轮卡173的峰185和谷186优选地处于设定的构型中，如图5C中示出的，使得凸轮卡173向设定位置的侧向运动以可逆和/或可重复的方式将针组174置于特定构型。设定的构型还作用为使得能够操作与阀致动子系统170相互作用的微流体仓匣210的特定构型中的通常关闭和通常开放的阻塞位置。这样，凸轮卡173侧向运动至位置组的不同位置持续地将针组172的子组置于期望的构型中以阻塞与针组174接触的微流体仓匣210的流体通路的不同部分。因此，微流体仓匣210的流体通路的期望的部分可以被选择性的阻塞和打开以根据任何适当的组织、细胞或分子诊断测定方案有助于生物样品的处理。

在致动基底171的第一个变型中，凸轮卡173的峰185和谷186的组被定位在凸轮卡173的第一表面179，使得凸轮卡173的侧向移动被转化成接触凸轮卡173的第一表面179的针的致动。如以下更详细描述的，在第一个变型中，第一表面179被定向远离针组174的远端177，使得凸轮卡173的峰185被配置为收回针组174的针，并且凸轮卡173的谷被配置为使得针组的针延伸。但是，在另一个变型中，峰185和谷186的组可以被定位在凸轮卡173的多个面。

在第一个变型中，凸轮卡173被配置为在平面内的一个坐标方向上侧向移位(例如，通过线性致动器)；然而，在另一个变型中，凸轮卡173被配置为仅在平面内的多个方向上侧向移位(例如，通过多重线性致动器、通过x-y线性致动器)。在一个具体实例中，凸轮卡173的峰185被升高比凸轮卡173的谷186高1mm。在该具体实例中，峰185是相同的并且具有半径为1mm的基本上半圆形的横截面，而谷186基本上是平面的并且与每个峰185的底部一致。然而，可代替的变型可以包括由任何适当的致动器驱动的具有峰185和谷186的凸轮卡173任何适当的构型和几何形状。

在致动基底171的可代替的实施方案中，致动基底171可以是包括有效区域阵列172的凸轮，所述有效区域阵列172被配置为能够使接触圆柱形表面的针致动，并且被配置为将旋转运动转化为针组174的线性(即垂直的)运动。凸轮可以被配置为接触针组174中的针的底端176，并且可以被耦合至马达轴并由马达驱动。在致动基底171的其他可代替的实施方案中，致动基底171可以一起被凸轮组代替，该凸轮组的每个凸轮被配置为围绕轴独立地旋转。在这些可代替的实施方案中，凸轮组的旋转子组升高/降低针组174的相应子组，并且阻塞与针组174接触的微流体仓匣210的特定部分。

针组174被配置为与致动基底171相互作用，并作用为能够通过阻塞位置组的方式选择性阻塞和/或开放微流体仓匣210的流体通路。针组174的针优选地包括圆柱形部分，并且在如图5A和5C中示出的定向中，针组174的每个针优选地具有界定了被配置为有助于在针壳体180中滑动的圆形横切面的部分。可代替地，每个针可以包括任何合适的横切面几何形状(例如矩形的)和/或末端形状(例如平的或尖的)以有助于阻塞微流体仓匣210的流体通路。优选地，针组174的每个针的表面由有利于滑动运动(即，与致动基底171协作或在针壳体180内)的低摩擦材料组成；但是，每个针可以可代替地用被配置为有助于滑动运动的润滑剂涂覆。在一个具体实例中，阀致动子系统170包括12个针组174，所述针组174被配置为选择性阻塞在分子诊断模块130中对齐的微流体仓匣210的12个流体通路；但是，其他实施方案可以包括任何其他适当数量的针组174。

针组174中的每个针175优选地包括底端176、远端177和移位区域178。如在图5C中示出的，针组174的一个或更多个针175可以另外包括止动区域188，所述止动区域188被配置为以限定包括止动区域188的针的移动范围的方式与针壳体180相互作用。如以下进一步详细描述的，针175的底端176作用为与弹簧板183的弹簧相互作用，其中弹簧184提供抵抗针组174的针的偏置力。这样，底端176可以被配置为紧靠弹簧板183的弹簧，并且可以另外或可代替地以任何其他适当的方式被耦合至弹簧板183的弹簧。针175的远端177作用为与分子诊断模块130的实施方案的阀致动子系统170对齐的微流体仓匣210的流体通路的阻塞位置相互作用。针175的底端176和/或远端177的形态可以是圆柱形的，以提供大体上圆形、卵形或椭圆形的阻塞表面。但是，在一些变型中，针175的底端176和/或远端177可以是多边形棱柱状(例如，正方形棱柱状、三棱柱状)以提供多边的或形态为不定形棱柱的阻塞表面。另外，在可代替的变型中，针175的任何适当的部分可以被配置为与弹簧相互作用以提供抵抗针175的偏置力。

针175的移位区域178作用为与能够致动针175的有效区域阵列的一个或更多个有效区域相互作用。优选地，移位区域178基本上与致动基底171对齐，以有助于致动基底171的有效区域172和针175的移位区域178之间的相互作用。另外，移位区域178优选机械地互补致动基底171的一个或更多个有效区域172。这样，移位区域可以包括在致动基底171移动期间与有效区域172物理接触的部分，并且在一个这样的变型中，移位区域178包括升高或降低与有效区域物理上相互作用以升高或降低针175的至少一个突起(例如峰)或凹陷区域(例如谷)。在一个代替中，移位区域178可以另外包括或可代替地包括响应于致动基底171的有效区域172提供的力的部分，从而不通过针175和有效区域之间的物理接触而将针移动到期望的构型。在一个这样的变型中，移位区域可以包括响应于由致动基底171的有效区域产生的磁场的磁性元件来升高或降低针。在此变型中，移位区域178的磁性元件可以被配置为被拉向有效区域172的磁性元件，或可以被配置为被有效区域172的磁性元件排斥离开。

如图7A-7C中示出的，针175的移位区域178优选地包含在针175的主体内，在针175的底端176和远端177之间。在一个变型中，移位区域178可以被包含在限定在针175的主体内的开口189内。但是，针175的移位区域178可以另外或可代替地偏向针175的外表面，至少部分地被界定在针175的外表面的凹陷区域，或以任何其他适当的方式耦合至针(例如，使用被配置为从移位区域向针传递运动的延伸部)。

在第一个具体实例中，移位区域178包括界定在槽开口189内的半圆柱形突起，其中半圆柱形突起的底部定位在槽开口的底端(即，朝向针175的底端176)。因此，如图7C中示出的，在第一个具体实例中，致动基底171包括至少一个臂199，所述臂199包括有效区域172(例如，峰、谷)，其中所述臂199被配置为穿过针175的槽开口189，且其中将有效区域172与突起(即，移位区域178)对齐的臂199的移动导致针175的致动。在第一个具体实例的变型中，靠近针175的移位区域178的槽开口的表面的磁性元件可以被配置为与致动基底171的臂199的相应磁性元件(即，有效区域172)相互作用。在此变型中，臂199的磁性元件可以被配置为磁性排斥或吸引针175的移位区域178的磁性元件，以提供针的致动。但是，在其他实例中，针的移位区域178可以以任何其他适当的方式被配置为致动基底171的有效区域172的互补构型。

止动区域188优选地为与针壳体180的互补部分相互作用的针175的突起部分，使得针壳体的互补部分阻碍针175的进一步运动。止动区域188可以包括具有比针175的其他区域更大的宽度或直径的针175的区域，并且可以另外地或可代替地包括以任何其他适当的方式限制针的运动范围的突起。在图5C示出的实例中，针175包括定位于针175的底端176和远端177之间的，并且由比针壳体180的直径大的直径限定的止动区域188。但是，在具体实例的其他变型中，针175的止动区域188可以沿着针175的长度定位在任何其他适当的位置。另外，针组174的每个针175可以包括被配置为限定针组的运动范围的多个止动区域188。

针组174中的每个针175优选地以延伸构型175a和/或缩回构型175b运行。优选地，针组174的每个针175被配置为可逆地且可重复地在延伸构型175a和缩回构型175b之间转变。但是，在可代替的变型中，针组174的一个或更多个针175可以被配置为仅实现延伸构型175a和缩回构型175b中的一个，和/或针组174的针175可以被配置为在进入构型188、189时半永久地锁定为构型175a、175b。在延伸构型175a中，针175的远端177被配置为从针壳体180的开口突出，以在与阀致动子系统170相互作用的微流体仓匣210的流体通路提供阻碍力。在缩回构型175b中，针175的远端177被配置为从针壳体180的开口收回，以在与阀致动子系统170相互作用的微流体仓匣210的流体通路除去阻碍力。优选地，关于以上描述的变型，延伸构型由有效区域(例如，峰、磁体)平移离开移位区域而激活，且缩回构型由致动基底的有效区域(例如，峰、磁体)平移至与移位区域对齐而激活。这样，在用图6A和6B中示出的定向的实例中，当致动基底171的峰被移动远离针175的移位区域178的突起时，延伸构型175a被激活，且当致动基底171的峰被移动到对齐移位区域178的突起(即，致动基底171的峰以移位区域178中突起的方式推压针175向下)时缩回构型175b被激活。但是，延伸构型和缩回构型175a、175b可以以任何其他适当的方式被激活。

针壳体180包括空腔组181，空腔组181作用为围绕和引导针组174中的每个针175的移位。这样，针壳体180作用为当致动基底171移动并与针组174相互作用时限制和引导针组174中的每个针175的移位。在一个变型中，针组174中的每个针175被空腔组181的单独的空腔围绕；但是，在另一个变型中，空腔组181的空腔可以被配置为围绕针组174中的多个针。在图5A-5D中示出的实例中，针壳体180被定位在仓匣平台141的下方，使得空腔组181与接近区域组145对齐，以通过针组174提供对在仓匣平台141上对齐的微流体仓匣210的接近。因此，在此实例中，针壳体180约束针组174，使得每个针仅能在以设定的运动范围在垂直方向上线性移动。空腔组181的每个空腔优选地具有被配置为限定空腔内的针的运动(即，以针的止动区域188的方式)的受限的区域(即，充当针止动器)；但是，空腔组181的每个空腔可以可代替地不包括受限的区域。优选地，接触针组174的针壳体180的表面由有利于针175在针壳体180的空腔中滑动的低摩擦材料构成；但是，接触针组174的针壳体180的表面可以可代替地由被配置为有助于滑动的润滑剂涂覆。针壳体180和针组174的其他变型可以不包括有利于针175在空腔组181的空腔中滑动的额外设置。

弹簧板183包括耦合至针组174的弹簧组184，并且作用为提供抵抗针组的偏置力，以使针组中的每个针以特定方向偏移。弹簧板183优选地定位于靠近针组174的底端176；但是，弹簧板183可以可代替地以任何其他适当的方式相对于阀致动子系统170的其他元件配置。弹簧组184的弹簧优选地作用为提供对抗力以将针恢复至期望的构型(例如，延伸构型175a、缩回构型175b)。另外，弹簧组184的弹簧可以另外作用为允许充足的力通过针175被传递以完全阻塞微流体仓匣210的微流体通道，同时防止产生可以损坏针175、微流体仓匣210和/或致动基底171的力。优选地，弹簧组184的弹簧被配置为毗邻针175的底端176和/或大体上靠近针175的底端176的区域以将偏置力传递到针175。但是，弹簧组184的弹簧可以另外地或可代替地被配置为耦合至针175的任何其他适当的部分。另外，弹簧组184可以被配置为以相同大小的力使针组174的每个针偏移相同方向；但是，在其他变型中，弹簧组185可以被配置为使针组175的不同针偏移不同方向，和/或以不同大小的力偏移。

在第一个变型中，弹簧组184被配置为使针组174的每个针175偏向延伸构型175a，使得当致动基底171的有效区域(例如，峰、磁体)基本上进入与针175的移位区域178的对齐时，针175被转化成缩回构型175b且接触针的弹簧被压缩(例如，进一步压缩、从中性状态向压缩状态转变)。然后，在第一个变型中，当致动基底171的有效区域被移出与移位区域178的对齐时，针175被恢复至延伸状态。但是，在其他变型中，弹簧组184的弹簧可以被配置为使针组174的针偏向于缩回构型175b，使得致动基底171的有效区域与针的移位区域178的对齐将针转化成延伸构型175a。在另外的其他变型中，弹簧可以被配置为以任何其他适当的方式使针偏移。

致动器187被耦合至致动基底171、针壳体180和弹簧板183中的至少一个，并且作用为提供有效区域阵列172和针组174之间的相对移位，从而将致动基底171的运动转化为针组174的子组的运动。致动器187优选是线性致动器；但是，致动器187可以另外的或可代替地包括任何其他适当的致动器。优选地，致动器187被耦合至具有针组174的致动基底171、弹簧壳体180和基本上静止的弹簧板183，使得致动器187的致动操纵针组174的运动以阻塞微流体仓匣210的通路。在一个这样的变型中，如图5C和5D中示出的，致动器可以被耦合至致动基底171的一个末端(例如，使用一组限定在致动基底171内的耦合点)；但是，在其他变型中，致动器187可以被耦合至致动基底171的任何其他适当的部分。可代替地，致动器187可以被配置为在针壳体180内相对于致动基底171移动针组174，以阻塞微流体仓匣210的通路。在另外的其他变型中，致动器187可以被耦合至阀致动子系统170的任何其他适当的部分。

在图5A-5D、7A-7C和8A-8B中示出的阀致动子系统170的一个具体实例中，当微流体仓匣210已经在分子诊断模块130中对齐后，针组174和针壳体180定位在微流体仓匣210正下方，使得针组可以通过仓匣平台141的接近区域145接近微流体仓匣210。具体实例中的致动基底171定位于针组174之间，在针组174的底端和远端之间，并且包括一组臂，所述臂包括界定在致动基底的臂199的底面处的有效区域172(即，峰和谷)，在图5C中示出的定向中。在具体实例中，致动基底171的峰185被配置为通过界定在针175的槽开口189内的半圆柱形突起的方式向下推动针至缩回构型189，并且致动基底171的谷186被配置为恢复延伸构型188的针175。在具体实例中，致动基底171包括4个平行臂199，所述平行臂199被配置为操纵微流体仓匣210的8个阻塞位置，每个臂199被配置为穿过2个针175的槽开口，以操纵微流体仓匣210的2个阻塞位置。4个平行臂199包括第一臂，第一臂包括交替的2个峰和2个谷，被配置为操纵2个通常开放的阻塞位置；第二臂，包括2个谷，被配置为操纵2个通常关闭的阻塞位置；第三臂，第三臂包括交替的2个峰和2个谷，被配置为操纵2个通常开放的阻塞位置；和第四臂，包括1个峰和2个谷，被配置为操纵1个通常开放的阻塞位置和1个通常关闭的阻塞位置。通常开放和通常关闭的阻塞位置在2013年2月13日提交的且标题为“Microfluidic Cartridge for Processing and Detecting Nucleic Acids”的U.S.申请号13/765,996中进一步描述，其通过引用全文并入本文。在具体实例中，每个臂具有～1.22mm的宽度，并且由约～1mm的间隙与另一个臂隔开。具体实例中的致动基底171还具有～8.74mm的最大宽度和13.74cm的长度，峰具有1mm的高度且谷具有1mm的深度。

如在图5D中示出的，在具体实例中，致动基底171通过3个耦合点在与致动基底171的臂199相对的末端被耦合至致动器187。致动器187被配置为将致动基底171侧向移位以使针组174的一个或更多个针175垂直移位。具体实例的致动基底在低摩擦表面上运行，所述低摩擦表面被配置为有助于致动基底171的侧向移位；但是，在其他变型中，致动基底171可以另外地或可代替地被配置为运行通过具有低摩擦的任何其他适当的环境(例如，空气、润滑的表面、滚珠轴承的表面等)，以有助于致动基底171的致动。

虽然系统100优选地包括以上描述的阀致动子系统170的实施方案、变型或具体实例，该系统可以可代替地或另外包括任何其它合适的阀致动子系统170，诸如在标题为“System and Method for Processing and Detecting Nucleic Acids”且提交于2013年2月13日的U.S.申请号13/766,359中描述的阀致动子系统。

1.1.4分子诊断模块——光学子系统

如图1B和8中示出的，分子诊断模块130的光学子系统280包括发光元件组281；被配置为透射来自发光元件组281的光的激发滤光器组282；被配置为将光从激发滤光器组282反射至缝隙组285的分色镜组283，所述缝隙组285被配置为使光透射至核酸样品组；被配置为接收和透射由核酸样品组发射的光的发射滤光器组286；以及被配置为有助于分析通过发射滤光器组286接收的光的光检测器组287。光学子系统280还可以包括被配置为将光聚焦在核酸样品组的透镜组284。因此，光学子系统280作用为将激发波长的光透射至核酸样品组，和接收来自核酸样品组的发射波长的光。优选地，光学子系统280被耦合至光学子系统致动器288，所述光学子系统致动器被配置为侧向移动并将光学子系统280相对于核酸样品组对齐，并还耦合至仓匣接收模块140的线性致动器146以将光学子系统280定位至更靠近核酸样品组。可代替地，光学子系统280可以不耦合至仓匣接收模块140的线性致动器146，并且可以仅被配置为在一个方向上侧向移动。在具体实例中，光学子系统280位于分子诊断模块130中并且被耦合至仓匣接收模块140的线性致动器146，使得在线性致动器146的延伸构型146b中，光学子系统280可以被定位于更接近在分子诊断模块中对齐的微流体仓匣210。反过来，在具体实例中，光学子系统280被定位于远离线性致动器146的缩回构型146a中的微流体仓匣210。在具体实例中，光学子系统280被进一步耦合至光学子系统致动器288，所述光学子系统致动器288被配置为使光学子系统280相对于微流体仓匣210侧向移位，使得光学子系统280可以与微流体仓匣210的检测室组对齐。

优选地，光学子系统280是如标题为“System and Method for Processing and Detecting Nucleic Acids”且提交于2013年2月13日的U.S.申请号13/766,359中描述的光学子系统280；但是，在其他变型中，光学子系统180可以另外的或可代替地包括被配置为向样品透射激发波长的光和/或从样品接收发射波长的光的任何其他适当的光学子系统元件。

1.2系统——微流体仓匣

微流体仓匣210作用为接收磁珠-样品组、帮助从磁珠-样品组分离核酸、接收核酸-试剂样品组和帮助分析来自核酸-试剂样品组的核酸。在一个实施方案中，如在图9A和9B中示出的，微流体仓匣210包括上层211，所述上层211包括样品端口-试剂端口对组212和检测室组213；中间基底214，所述中间基底214耦合至上层211并通过膜层215与上层211部分分离，被配置为形成废弃物室216；弹性体层217，所述弹性体层217部分位于中间基底214上；磁体容纳区域218，所述磁体容纳区域218可以由提供磁场的磁体160接近；和流体通路组219，所述流体通路组219的每一个至少由上层211的一部分、膜层215的一部分和弹性体层217的一部分形成。在实施方案中，微流体仓匣10还包括耦合至中间基底214并被配置为封闭废弃物室216的底层221。此外，在实施方案中，微流体仓匣210的上层211还包括共享的流体端口222、通气区域223和加热区域224，使得流体通路组219中的每个流体通路220与样品端口-试剂端口对229、共享的流体端口222、废弃物室216和检测室225流体耦合，包括被配置为穿过加热区域224和磁场的转弯部分，并且被配置为经过检测室225上游的通气区域223。因此，每个流体通路220作用为当包含核酸的样品流体通过流体通路220的不同部分时，接收和帮助处理包含核酸的样品流体。

微流体仓匣210优选被配置为通过分子诊断模块130接收和操作，使得分子诊断模块130的仓匣接收模块140接收和对齐分子诊断模块130中的微流体仓匣210，分子诊断模块130的加热和冷却子系统150被配置为将热量转移至微流体仓匣210的加热区域224，并且分子诊断模块130的磁体160被配置为被微流体仓匣210的磁体容纳区域218接收以产生用于分离核酸的磁场。另外，微流体仓匣210的共享流体端口222被配置为耦合至喷嘴149，所述喷嘴149耦合至仓匣接收模块140的线性致动器146，使得流体分配系统250可以递送流体和气体通过共享流体端口222。微流体仓匣210的弹性体层217还优选地被配置为在阻塞位置组226被分子诊断模块的阀致动子系统170阻塞，以阻塞用于处理生物样品组的微流体仓匣210的流体通路220的部分。分子诊断模块130的光学子系统180还被配置为与微流体仓匣210的检测室组213对齐，以有助于分析核酸样品组。优选地，微流体仓匣210是U.S.申请号13/765,996中描述且提交于2013年2月13日的微流体仓匣210，其通过引用全文并入本文，但可以可代替地为被配置为接收和处理含有核酸的样品组的任何适当的仓匣或基底。

1.3系统——流体分配系统

如图10A-10C中示出的，系统100的流体分配系统250包括流体分配臂255和注射泵265，并且作用为向系统100的元件递送生物样品、试剂和气体。如在第1节描述的，流体分配系统250的实施方案被配置为吸入包含核酸的生物样品组(即，不纯的核酸样品)并将生物样品组分配到定位于分子诊断模块130的微流体仓匣210中。流体分配系统100的实施方案还被配置以通过用耦合至线性致动器146的喷嘴149在适当的阶段将洗涤溶液、分离溶液和/或空气分配至分子诊断模块130来帮助从磁珠-样品分离核酸组、从分子诊断模块130吸取核酸组、将核酸组与分子诊断试剂组合并将与分子诊断试剂组组合的核酸组(即，核酸-试剂混合物组)分配至分子诊断模块130用于进一步处理和分析。流体分配系统250的其他实施方案可以被配置为执行可代替的分子诊断测定方案和/或分配可代替的流体至支持分子诊断方案的其他元件和从支持分子诊断方案的其他元件吸取可代替的流体。

优选地，流体分配系统250是标题为“System and Method for Processing and Detecting Nucleic Acids”且提交于2013年2月13日的U.S.申请号13/766,359中描述的流体处理系统的实施方案；但是，流体分配系统250可以另外地或可选地包括被配置为有助于递送生物样品、试剂和气体至系统100的元素的任何其他适当的元件。

1.4系统——附加元件

系统100还可以包括耦合至分子诊断模块130和流体分配系统250中的至少一个并且作用为帮助系统100的自动化的控制器。在其中控制器被耦合至分子诊断模块130的变型中，控制器优选地作用为使接收微流体仓匣、加热分子诊断模块130和检测室213中的生物样品、通过阀致动子系统170阻塞流体通路220和通过光学子系统280分析核酸-试剂混合物组自动化。在其中控制器被耦合至流体分配系统250的变型中，控制器优选地作用为使流体和/或气体的吸入、转移和递送至系统100的不同元件自动化。控制器的其他变型可以作用为使用机械臂或门架(gantry)或其他任何适当的元件使系统100的其他元件的分配、转移和/或储存自动化。以上变型的可代替的组合可以包括单个控制器或被配置为执行以上描述的全部功能或功能子组的多个控制器。

系统100还可以包括处理器290，所述处理器290作用为接收和处理从分子诊断模块130的光学子系统280接收的数据。优选地，处理器290被耦合至用户界面295，所述用户界面295作用为显示由系统100产生的经处理的和/或未经处理的数据、系统100的设置、从标签读出器获得的信息或任何其他适当的信息。可代替地，处理器290不耦合至用户界面295，而是包括被配置为有助于向系统100的外部设备转移由系统100产生的经处理的和/或未经处理的数据、系统100的设置或任何其他适当的信息的连接。

系统100还可以包括如标题为“System and Method for Processing and Detecting Nucleic Acids”且提交于2013年2月13日的U.S.申请号13/766,359中描述的任何其他适当的元件，或有助于接收或处理生物样品的任何其他适当的元件。如本领域技术人员将从之前详细的描述和从附图和权利要求书认识到的，可以对描述的系统100的实施方案进行修改和改变而不脱离系统100的范围。

2.用于处理和检测核酸的方法

如在图11中示出的，用于处理和检测来自一组生物样品的核酸的方法400的实施方案包括：从生物样品组产生磁珠-样品混合物组S410；加热磁珠-样品混合物组以产生核酸-磁珠样品组S420；将核酸-磁珠样品组的每个核酸-磁珠样品转移到流体通路组的对应流体通路S430；从核酸-磁珠样品组产生核酸体积组S440；合并核酸体积组的每个核酸体积和分子诊断试剂组的分子诊断试剂以产生核酸-试剂混合物组S450；将核酸-试剂混合物组的每个通过流体通路组的对应流体通路转移至检测室组的检测室S460；和接收来自核酸-试剂混合物组的光S470。方法400还可以包括基于从核酸-试剂混合物组接收的光产生数据组S480。方法400作用为从生物样品分离和提取核酸体积组，并有助于根据至少一个分子诊断方案分析核酸体积。

优选地，方法400至少部分在以上第1节中描述的系统100的实施例实现；但是，方法400可以另外地或者可替代地在配置为处理和检测来自一组生物样品的核酸的任何其它合适的系统中实现。优选地，方法400至少部分地如标题为“System and Method for Processing and Detecting Nucleic Acids”且提交于2013年2月13日的U.S.申请号13/766,377，以及标题为“Method and Materials for Isolation of Nucleic Acid Materials”且提交于2013年10月22日的U.S.申请号14/060,214中描述的实现，二者通过引用全文并入本文；但是，方法400可以另外地或可代替地以任何其他适当的方式实现。

方法400及其变型的实施方案至少可以部分地通过被配置为接收存储有计算机可读指令的计算机可读介质的机器实施和/或实现。优选地，指令通过计算机可执行的组件执行，所述计算机可执行的组件优选地与系统100，和处理器273和/或控制器272的一个或更多个部分整合。计算机可读介质可以储存在任何适当的计算机可读介质上，诸如RAM、ROM、闪存、EEPROM、光学装置(CD或DVD)、硬盘、软盘或任何适当的装置上。优选地，计算机可执行的组件是一般的或应用特异性的处理器，但任何适当的专用硬件或硬件/固件组合设备可以可代替地或另外地执行指令。

附图说明了根据优选实施方案、示例结构和其变型的可能的实施系统、方法和计算机程序产品的结构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个块可以代表一个模块、段或代码部分，其包括用于实施指定的逻辑功能的一个或更多个可执行的指令。还应当指出的是，在一些可代替地实施中，在块中提到的功能可以在附图中指出的顺序以外发生。例如，实际上，连续示出的两个块可以基本上同时执行，或者这些块有时可以取决于所涉及的功能以相反的顺序执行。还应当指出的是，框图和/或流程图的每个块，以及框图和/或流程图的块的组合，可以由执行指定功能或动作的基于特定目的的硬件的系统、或特定目的的硬件和计算机指令的组合来实现。

如本领域技术人员将从之前详细的描述和从附图和权利要求认识到，可以对本发明的优选实施方案进行修改和改变而不脱离以下权利要求中定义的此发明的范围。