CN101568385A - 用于微流体系统的热转移方法和结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了包括一个或多个具有热转移结构的处理阵列的处理装置，所述一个或多个处理阵列可以单独或结合重力/旋转使用以传送在微流体系统中的流体。通过改变一个或多个室(270)的温度而产生真空以在处理阵列内沿所选的方向抽吸流体可以实现热传送功能。本发明的方法和装置使用热转移结构可以提供沿与重力和/或旋转处理装置产生的离心力方向相对的方向移动流体的能力。换句话讲，使用热活化的真空流体可以相对于重力方向或朝向旋转轴移动。

Description

用于微流体系统的热转移方法和结构
相关专利申请的交叉引用
根据35 U.S.C.§119(e)，本专利申请要求2006年12月22日提交的、标题为“THERMAL TRANSFER METHODS AND STRUCTURESFOR MICROFLUIDIC SYSTEMS(用于微流体系统的热转移方法和结构)”的美国临时专利申请No.60/871,611的优先权，据此全文引入以供参考。
背景技术
本发明涉及微流体处理装置领域。更具体地讲，本发明提供采用热活化的真空以使微流体处理阵列内的被分析物移动的方法和设备。
在其中进行多种化学或生物处理的设备在科学和/或诊断研究中起到越来越重要的作用。在这种设备中提供的室优选在体积上很小以降低进行处理所需要的被分析物的量。
与包括室的处理装置相关的一个持久问题是流体在装置中不同结构之间的转移。转移室之间的流体内容物的常规方法通常需要人为干预(例如，手动移液)和/或机器操纵。这种转移处理具有多个缺点，包括(但不限于)出错的可能性、复杂性和相关的高成本等。
发明内容
本发明提供包括具有热转移结构的一个或多个处理阵列的处理装置，该热转移结构可以单独使用或结合旋转使用以传送微流体系统内的流体。热传送功能可以通过这样实现：改变一个或多个室的温度生成真空以在处理阵列内沿所选方向抽吸流体。
本发明的方法和装置的潜在优点之一是，用热转移结构使流体沿与重力和/或旋转处理装置而生成的离心力方向相反的方向移动的能力。换句话讲，用热活化的真空可以使流体逆重力方向移动或向旋转轴移动。如本文所用，术语“真空”指处理阵列中的空间之间的足够大以使流体沿所选方向移动的压差。
热转移结构还可以在不需要物理阀门结构的情况下用于控制处理装置内的流体移动，该物理阀门结构需要打开或关闭物理结构来允许流体流通。例如，可以选择尺寸、几何形状、材料等使得流体流通通常将不会在不存在真空的情况下发生。如本文所述可以使用的一个结构为包括流体圈闭(fluid trap)的导管。在这种情况下，可以使用由热转移结构提供的热活化的真空来控制处理阵列内的流体移动。
在一些实施例中，热转移结构可以包括位于处理装置的一个区域中的热驱动室，该室远离流体将在其间传送的室。远程热驱动室可以流动连接到通过设备中形成的导管使流体在其间传送的室。这种结构的一个潜在优点是，加热(或冷却)以生成真空的处理装置部分可以充分地从流体将在其间传送的室中移除，使得在传送流体中的被分析物没有因为热驱动室的加热或冷却而被显著地加热或冷却。
热转移结构和方法还可以用于传送多个离散体积的流体(按顺序和/或同时)进入或穿过处理阵列中的室。这种对流体传送的控制可以用于(例如)洗涤以从样本中移除不期望的材料、在所选的时间并以所选的量传送试剂等。当用于转移多个离散体积的流体时，热转移结构由于热驱动室中液体的存在而可以更有效地工作，在热驱动室中液体的至少一部分发生相改变而变成气体。这种相改变可以增加由加热引起的滞留流体(resident fluid)的体积改变，因此，当冷却滞留流体时所得的真空力(vacuum force)也可以增加。
在一个方面，本发明提供了一种转移处理装置内的流体的方法，该方法通过这样实现：提供具有至少一个处理阵列的处理装置，该处理阵列包括第一室和容纳有滞留流体的热转移结构，其中热转移结构包括连接到第一室的转移导管；在第一室中提供被分析物；通过这样使滞留流体的第一部分穿过转移导管进入第一室中的被分析物中：通过加热热转移结构中的滞留流体的至少一部分使得热转移结构内的滞留流体的体积增加，促使滞留流体的第一部分进入第一室中；并且在滞留流体的第一部分进入第一室之后使热转移结构中的加热的滞留流体冷却，其中热转移结构内的滞留流体的体积减小使得第一室中的被分析物的至少一部分被抽吸穿过转移导管进入热转移结构中。
本发明的方法可以任选包括对热转移结构中的滞留流体进行两个或更多个连续的加热和冷却循环。
本发明的方法可以任选包括在使滞留流体的第一部分通过第一室中的被分析物的同时使处理装置绕旋转轴旋转，其中旋转驱使被分析物朝向第一室的径向远端。在旋转期间，本方法还可以包括旋转使得转移导管的至少一部分比第一室的至少一部分位于更靠近旋转轴的位置。
本发明的方法可以涉及包括与转移导管流体连通的圈闭室的热转移结构，并且其中热转移结构包括通过驱动导管与圈闭室流体连通的热驱动室，并且另外其中抽吸穿过转移导管进入热转移结构的被分析物部分被沉积在圈闭室中。可以不直接加热圈闭室中的滞留流体。转移导管和驱动导管可以在圈闭室的径向近侧上连接到圈闭室，使得在旋转处理装置时进入圈闭室的流体朝向圈闭室的径向远侧驱动，使得进入圈闭室的大部分流体不进入驱动导管(其中进入圈闭室的基本上所有的流体可能不进入驱动导管)。该方法可以涉及使处理装置绕旋转轴旋转，其中圈闭室的径向近侧比圈闭室的径向远侧位于更靠近旋转轴的位置。
在一些方法中，转移导管可以在第一端口处连接到第一室，其中第一端口位于沿着由第一室占据的径向长度的中间位置，其中沿着从旋转处理装置的旋转轴延伸的半径确定径向长度。
一些方法可以包括在使滞留流体的第一部分穿过转移导管进入被分析物中之前打开位于第一室和转移导管之间的阀门。
处理阵列可以包括第二室和在第二室和第一室之间延伸的第二导管，其中方法还包括通过使处理装置绕旋转轴旋转来将流体穿过第二导管从第二室传送到第一室。方法还可以包括在将流体通过第二导管从第二室传送到第一室之前打开位于第二室和第二导管之间的第二室阀门。处理装置可以还包括沿着第二导管位于第二室和第一室之间的中间室，其中在流体到达第一室之前从第二室传送到第一室的流体进入中间室，其中中间室包括位于其中的试剂，并且其中流体在到达第一室之前接触中间室中的试剂。本发明的方法可以包括在使流体从第二室进入中间室之前打开位于中间室和第二室之间的中间室入口阀。方法可以还包括在使流体从中间室进入第一室之前打开位于中间室和第一室之间的中间室出口阀。
在另一个方面，本发明可以提供包括在主体中形成的至少一个处理阵列的处理装置，其中至少一个处理阵列包括：第一室；第二室；以及在第一室和第二室之间延伸的处理导管，其中第一室和第二室限定从第二室朝向第一室移动时的上游方向以及从第一室朝向第二室移动时的下游方向。处理阵列还包括热转移结构，热转移结构包括容纳有滞留流体的热驱动室以及在第一室和热驱动室之间延伸的转移导管，其中转移导管穿过转移端口进入第一室，并且其中转移导管包括流体圈闭，其中转移导管的一部分在转移端口和热驱动室之间沿上游方向行进。
在一些设备中，在第一室和热驱动室之间转移导管的流体圈闭至少到达第一室的中点。
在一些设备中，阀门位于第一室和热驱动室之间，其中抑制第一室和热驱动室之间穿过转移导管的流体流通直到阀门打开。
在一些设备中，热转移结构还包括沿着转移导管位于第一室和热驱动室之间的圈闭室，其中圈闭室位于流体圈闭内或位于流体圈闭和热驱动室之间。
在一些设备中，圈闭室沿着圈闭室的上游末端连接到转移导管。
在一些设备中，热转移结构包括两个或多个热驱动室，其中两个或多个热驱动室的全部位于转移导管中的流体圈闭的下游。阀门可以位于第一室和热驱动室中的每一个之间，其中抑制第一室和热驱动室中的每一个之间穿过转移导管的流体流通，直到打开位于第一室和热驱动室之间的阀门。
在一些设备中，处理导管从转移端口沿下游方向连接到第一室。
在一些设备中，阀门位于第一室和处理导管之间，其中抑制从第一室穿过处理导管至第二室的流体流通直到打开阀门。
在一些设备中，多个处理阵列位于主体中，其中处理阵列基本上关于主体的中心径向排列，使得上游和下游方向基本上从主体的中心径向延伸。
下面结合本发明的设备和方法的多个示例性实施例来描述本发明的这些和其他特征和优点。
附图说明
图1是根据本发明的一个示例性处理装置的平面图。
图2是包括可以在图1的处理装置中找到的一个处理阵列的放大视图。
图3是沿图2的线3-3截取的、图1和2的处理装置的一部分的放大剖视图。
图4A和4B示出用图2的处理阵列的示例性热转移结构来传送流体的示例性方法。
图5是包括串联的室的处理阵列的一个实例的平面图。
图6是根据本发明的另一个示例性处理阵列的平面图。
图7是可以与本发明的处理阵列结合使用的一个示例性阀门结构的剖视图。
图8-10是根据本发明的其他示例性处理阵列的平面图。
图11示出可以与本发明结合使用的模块处理装置。
具体实施方式
在本发明的示例性实施例的如下具体描述中，将参考附图，这些附图构成其一部分，并且在这些附图中，以举例说明的方式示出了可实施本发明的具体实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围的条件下，可以利用其它实施例并且可以进行结构改变。
本发明提供可用于处理被分析物的处理装置。被分析物本身可以为流体(例如，溶液等)形式，或者被分析物可以为在流体中携带的固体或半固体材料的形式。被分析物可以夹带在流体、流体内的溶液等中。为简单起见，术语“被分析物”在本文将用于指被分析物位于或可能位于其中的任何流体，不管被分析物本身是流体还是包含在载流体(溶液、悬浮液等)中。此外，在某些情况下，被分析物可以用于指其中不存在目标分析物(即，设法处理的被分析物)的流体。例如，就本发明的目的而言，洗涤流体(例如，生理盐水等)可以被称为被分析物。
可以在形成于处理装置中的一个或多个室内处理被分析物以获得期望的反应，例如，PCR扩增、连接酶链反应(LCR)、自主序列复制、酶动力学研究、同种配体结合测定和可能(例如)需要精确的热控制(例如，对温度变化敏感的等温处理)和/或快速热变化的其他化学反应、生化反应或其他反应。更具体地讲，本发明提供包括一个或多个处理阵列的处理装置，其中每一个处理阵列可以包括可选的填充室、至少一个室、热转移结构和用于让流体在处理阵列的多个元件之间移动的导管。
在此所用的术语“室”不应理解为将室限制为其中进行处理(例如PCR、桑格测序等)的限定空间。相反，在此所用的室可以包括(例如)其中填充材料以便随后在处理装置如果旋转时递送至另一个室的空间、其中收集处理产品的室、其中过滤材料的室等。
虽然在下面描述了示例性实施例的多种构造，但本发明的处理装置可以类似于在(例如)如下专利中描述的那些：美国专利申请公开No.US2002/0064885(Bedingham等人)；US2002/0048533(Bedingham等人)；US2002/0047003(Bedingham等人)以及US2003/138779(Parthasarathy等人)；US2005/0126312(Bedingham等人)；US2005/0129583(Bedingham等人)；以及美国专利No.6,627,159 B1(Bedingham等人)和美国专利No.6,987,253 B2(Bedingham等人)。上述指定的文献都公开了处理装置的多种不同构造，可以根据本发明的原理用于制造处理装置。装置可优选包括设计成处理离散微流体体积的流体(例如，1毫升或更小的体积、100微升或更小的体积或甚至10微升或更小的体积)的流体结构。
虽然结合了其中可使用由旋转生成的离心力来移动导管和室内的流体的旋转装置进行描述，本发明的方法和设备还可以结合重力(实际的或诱导的)使用以使流体移动，在这种情况下设备本身不需要旋转。然而，应当理解在一些情况下本发明的设备和方法可以依靠重力和离心力以使流体移动穿过处理阵列(重力和离心力同时或在不同时间作用)。
可能优选的是，处理装置10的至少一个侧面存在与基板或热结构装置互补的表面，如在(例如)标题为“ENHANCED SAMPLEPROCES SING DEVICES SYSTEMS AND METHODS(增强的样品处理装置系统和方法)”的美国专利No.6,734,401(Bedingham等人)；标题为“COMPLIANT MICROFLUIDIC SAMPLE PROCESSING DISKS(适形微流体样品处理盘)”的美国专利申请公布No.US 2007-0009391A1(序列号11/174,680)；标题为“SAMPLE PROCESSING DEVICECOMPRESSION SYSTEMS AND METHODS(样品处理装置压缩系统和方法)”的美国专利申请公布No.US 2007-0010007 A1(序列号11/174,757)等等中所描述。在一些实施例中，可能优选的是，本发明的处理装置的至少一个主侧面存在平坦表面。
根据本发明原理制造的一个示例性处理装置在图1和2中示出，其中图1是一个示例性处理装置10的平面图，而图2是包括处理阵列20的处理装置10的一部分的放大视图。处理装置10可以优选为如图1中示出的圆盘形状，但可以旋转的任何其他形状都可用于取代圆盘。处理装置10是整装的一体制品为优选的，整装的一体制品可以在其中可以使用处理装置10的系统之外独立传送。
优选的是，处理装置10可绕优选与处理装置10的中心12重合的旋转轴旋转。可能优选的是，旋转轴大致垂直于处理装置10的相对主侧面，但可以不要求这种布置。在一些实施例中，处理装置10的中心12可以包括开口，所述开口的尺寸可以接纳经由其中延伸的轴。
处理装置10包括至少一个，并且优选多个处理阵列20。如果处理装置10如描述的为圆形，则优选所描述的处理阵列20的每一个从邻近处理装置10的中心12延伸到处理装置10的周边。处理阵列20可以优选相对于处理装置10的中心12基本上呈径向对准(其中“基本上径向对准”指一般沿着从处理装置10的中心12向外延伸的半径21对准)。虽然这种布置是优选的，但应当理解作为另外一种选择可以使用处理阵列20的任何布置。另外，虽然示出的处理装置10包括一个处理阵列20，应当理解可以在处理装置10中提供两个或更多个处理阵列20。
示例性处理阵列20(在示出的实施例中)包括沿导管32连接到室40的填充室30。处理阵列20还包括热转移结构，热转移结构为通过导管41和43(分别)连接到室40的两个热转移室42和44的形式。
应当理解，与示出的示例性处理阵列20相关的多个结构可以是可选的。例如，填充室30和相关的导管32可以是可选的，其中被分析物可以直接引入室40中或通过不同的填充结构引入室40中。同时，对于处理阵列20可以提供另外的结构。例如，两个或多个填充室和通向室的单独导管可以与根据本发明的处理阵列相关。还可以在本发明的处理阵列中提供其他结构，例如阀门、过滤器、小珠等，其中一些可以结合本文其他示例性实施例进行描述。
可以将结合处理阵列20提供的任何填充结构设计成与外部装置(例如，滴管、中空注射器或其他流体递送装置)匹配以接纳被分析物。填充结构本身可以限定体积(如例如图1的填充室30所做的)或者填充结构可以不限定具体的体积，但相反可以为被分析物将要被引入的位置。例如，填充结构可以以端口的形式提供，滴管、针等穿过该端口插入或连接。在一个实施例中，填充结构可以为(例如)沿着用于接纳滴管、注射器针等的导管的指定位置。可以手动或通过自动系统(例如，机器人等)进行填充。此外，处理装置10可以直接从另一个装置填充(使用自动系统或手动)。
图3为沿图2中的线3-3截取的处理装置10的放大剖视图。虽然本发明的处理装置可以使用许多合适的构造技术制造，在图3的剖视图中可以看到一个示例性的构造。示出的处理装置10包括附接到芯层16的一个主表面(其中主表面是(例如)在图1的平面图中面向观察者的表面)的基层14。覆盖层18在背对基层14的芯层16的主表面上附接到芯层16。
处理装置10的层可以由任何合适的材料或材料的组合制造。对于基层14和/或芯层16，一些合适的材料的实例包括(但不限于)聚合物材料、玻璃、硅、石英、陶瓷等。对于那些其中层将直接接触被分析物、试剂等的处理装置10而言，优选用于层的一种或多种材料是不与被分析物、试剂等反应的。可以在多种不同的生物分析应用中用于基底的一些合适的聚合物材料的实例可以包括(但不限于)聚碳酸酯、聚丙烯(例如，全同立构聚丙烯)、聚乙烯、聚酯等。
可能优选的是，基层14和/或覆盖层18由允许检测室40中的被分析物的一个或多个特性的材料制造。这种检测可以允许定性和/或定量分析。用所选的光实现检测是优选的，其中术语“光”指人眼可见或不可见的电磁能。可能优选的是，光落在紫外光至红外光电磁能范围内，并且在一些情况下，可能优选的是，光包括人眼可见的光谱中的电磁能。此外，所选的光可以为(例如)一种或多种特定波长、一种或多种波长范围、一种或多种偏振态或它们的组合的光。
无论通过其进行检测的元件(例如，覆盖层18和/或基层14)如何，使用的材料优选透射所选光的相当大一部分。就本发明的目的而言，相当大一部分可以为(例如)50％或更多垂直入射的所选光，更优选地为75％或更多垂直入射的所选光。用于检测窗户的一些合适材料的实例包括(但不限于)例如聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯-聚乙烯共聚物、环烯烃聚合物(例如，聚双环戊二烯)等。
在某些情况下，可能优选的是，处理装置10的基层14和/或覆盖层18是不透明的，使得处理装置10在室40的空间和处理装置10的至少一侧之间是不透明的。不透明指基本防止了如上所述的所选光的透射(例如，透射5％或更少的这种垂直入射的光)。
组成处理装置10的元件可以通过任何合适的技术或技术组合彼此附接。合适的附接技术优选具有足够的完整性使得附接可以经受室中被分析物的处理期间所经历的力。一些合适的附接技术的实例可以包括(例如)粘附(使用压敏粘合剂、固化性粘合剂、热熔粘合剂等)、热密封、热焊接、超声焊接、化学焊接、溶剂粘合、共挤出、挤出浇注、机械(例如，摩擦件等)等，以及它们的组合。此外，用于附接不同层的技术可以是相同或不同的。例如，用于附接基层14和芯层16的一种或多种技术可以与用于附接覆盖层18和芯层16的一种或多种技术相同或不同。一些潜在地合适的附接技术可以在本文指定的专利文献中有所描述。
虽然在不同示例性处理装置的剖视图中的多种层和元件示出为均一构造，但是应当理解多种元件可以由不止一种材料/层构造。此外，在一些处理装置中，多个元件可以潜在地结合到一体的制品中以减少必须附接以制造处理装置的元件的数量。
图4A和4B示出了一种示例性处理，其中被分析物在示出的处理阵列中被热转移。如在图4A中示出的，被分析物46位于室40中。如本文所讨论的，被分析物46可以优选穿过导管32从填充室30转移到室40中。从填充室30穿过导管32转移到室40可以优选通过旋转处理装置10或在重力的影响下实现。
在被分析物46在室40中之后，转移到热转移结构的热转移室42和44可以优选地通过如本文所讨论的温度控制来实现。可能需要热驱动的转移，例如，其中选择导管41和43的尺寸使得当处理装置10旋转而使被分析物46移动进入室40中时防止室40中的被分析物46进入热转移室42和44。在这种实施例中，可以选择导管41和43的至少一部分的物理尺寸使得导管41和43在不存在压差(例如，热驱动的真空)的情况下会抑制室40和室42和44的一者或两者之间的流动。
参见图1和2，处理装置10可以优选包括热转移结构50，在形状上为圆形的处理装置10中，热转移结构50可优选为具有外直径51和内直径52的环形式。可能优选的是，热转移结构50为(例如)金属箔层或可用于转移热能量进入室40、42和44和/或从室40、42和44转移出热能量的其他材料的形式。箔层在某些情况下可以包含在图3示出的复合结构的基层14内。
为转移被分析物46至热转移室42和44，在室42和44中固有的流体的温度可以优选从初始温度改变为第二温度，其中第二温度高于初始温度。当滞留流体的温度升为第二温度时，在室42和44中的滞留流体的体积增加，使得滞留流体的一部分从室42和44中的每一个穿过导管41和43进入室40。
在根据本发明的处理阵列的热转移结构中的滞留流体可以为气体、液体或它们的组合。在某些情况下，如果滞留流体既包括气体又包括液体(例如，滞留流体可以包括空气和水)，则可以增大热转移。在热转移处理期间加入可以改变相(例如，液体和气体之间的转变)的诸如水、水凝胶等之类的材料可以通过当加热时提供更大的体积增加(与单独加热气体相比)来增大热转移。滞留流体在体积上的较大增加可以在加热的气体冷却(并且可能返回液相)时提供对应的较大量的真空以使流体移动穿过系统。
这种增大的相变转移是有利的，其中可以使用两个或更多个加热/冷却循环来转移流体。当在处理期间改变相的液体量增加时，移动的流体的体积还可以优选地增加。因此，虽然初始的加热/冷却循环可能导致仅转移少量的流体，但各个连续循环可导致流体转移量增加。在本质上，初始转移循环可以被认为是“启动”系统以便更有效地转移。
在不同热转移室42和44中的滞留流体可以相同或不同。虽然在热转移室42和44中的滞留流体可以包括空气作为其气体组分，但其他气体(例如，氮气等)可以作为另外一种选择在室42和44中的滞留流体中提供。
在加热至第二温度之后，在热转移室42和44中的滞留流体可以优选降低为在第二温度下的第三温度。在加热至第二温度之后室42和44中的滞留流体降低至的第三温度可以与初始温度相同、低于初始温度或高于初始温度。
当热转移室42和44中剩余的滞留流体的温度(从第二温度)向第三温度下降时，热转移室42和44中的滞留流体的体积减小。体积的减小优选会形成抽吸或移动被分析物46的至少一部分进入热转移室42和44中(如图4B中示出)的真空。在某些情况下，真空力可以通过重力或旋转处理装置10生成的离心力补充。
在某些情况下，如4A和4B中示出被分析物可以在室40和热转移室42和44中按相同比例分配(其中如图4A中示出的被分析物46的大约三分之一存在于如图4B中示出的每个室40、42和44中)。在其他情况下，在室和任何连接的热转移室之间的被分析物的分配可以是不等的。可以以两个或多个连续的加热和冷却循环进行热转移室42和44中的滞留流体的加热和冷却，其中(例如)加热和冷却的单一循环不会提供所需量的材料转移。
如本文所讨论的加热可以使用任何合适的技术实现，例如，根据例如在美国专利No.6,734,401B2(Bedingham等人)；美国专利申请公开No.US 2007-0009391A1(序列号11/174,680)，标题为“COMPLIANT MICROFLUIDIC SAMPLE PROCESSING DISKS(适形微流体样品处理盘)”；美国专利申请公开No.US 2007-0010007A1(序列号11/174,757)，标题为“SAMPLE PROCESSING DEVICECOMPRESSION SYSTEMS AND METHODS(样品处理装置压缩系统和方法)”；等等中所讨论的原理转移热能进入室中的滞留流体。本文所述的冷却还可以优选根据上述指定的文献中讨论的原理实现(例如，通过处理装置旋转时的对流、Peltier元件等)。
另一个其中可以实践本发明的热转移原理的处理阵列在图5中示出。示出的处理阵列包括一系列室140a、140b和140c。所有或仅一些室可以位于处理装置的控温部分150内(在图5中所有的室位于控温部分150中)。可能优选的是，例如布置所有串联的室使得它们位于可以根据(例如)如下专利中所讨论的原理加热的处理装置的环形圈内：美国专利No.6,734,401B2(Bedingham等人)；2005年7月5日提交的美国专利申请序列号11/174,680(代理人案卷号60876US002)，标题为“COMPLIANT MICROFLUIDIC SAMPLE PROCESSING DISKS(适形微流体样品处理盘)”；等等。本文所述的冷却也可以优选根据在上述指定的文献中讨论的原理实现(例如，通过处理装置旋转时的对流、使用压缩气体、Peltier元件等)。
示出的室140a、140b和140c彼此串联(但是如结合本文其他实施例所讨论的，用一个或多个阀门分离室是可用的)。第一室140a可以优选通过导管132给料，导管132可以优选从填充室或被分析物或其他流体可以被引入其中的其他填充结构通向处理阵列。导管132穿过入口端口142a从(例如)旋转轴的一般方向进入第一室140a，处理装置可以绕着该旋转轴旋转以有助于处理。旋转轴可以优选以箭头102总体上表明的方向设置在半径101上或接近半径101，而室140a、140b和140c一般沿着弧形箭头104的方向行进。由箭头102表明的方向还可以被称为上游方向，因为当室140位于其中的装置旋转时更致密的流体往往以相反方向(其可以被称为下游方向)移动。箭头102和上游方向将理解为与在其中不需要旋转的方法/系统中的重力相对。
在图5的实施例中，根据本发明的原理第二室140b和第三室140c形成用于进行热转移的热转移结构。第二室140b可以优选通过转移导管141a连接到第一室140a，并且第二室140b可以优选通过转移导管141b连接到第三室140c。因为热转移技术可以用于使流体移动穿过室140a、140b和140c，所以室不一定需要依次地更远离旋转轴(或在作用于装置的重力方向上的更远的下游)布置。
当室内的流体温度改变时，流体可以在它们之间热传送。例如，被分析物可以通过(例如)旋转包含室140a的处理装置使得被分析物通过离心加速度流入第一室140a而被递送到第一室140a中。一旦在第一室140a中，就可以处理被分析物(例如，移除不需要的材料)以增强所选的基因材料等。
在某一点上，第一室140a中的被分析物可以优选穿过连接第一室140a和第二室140b的导管141a转移到第二室140b。因为导管141a和第二室140b位于上游或比流体被分析物穿过其进入转移导管141a的出口端口143a更靠近旋转轴，所以单独的处理阵列的重力或旋转将不能够使流体从第一室140a转移到第二室140b。在这种情况下，本发明的热转移技术可以用于进行流体转移。
在流体被分析物位于第一室140a中的情况下，加热在第二室140b和第三室140c中的滞留流体至超过初始温度的第二温度。当第二室140b和第三室140c中的滞留流体的温度增加时，滞留流体的体积增加使得滞留流体的一部分进入第一室140a(穿过端口143a进入)。如果在如本文所讨论使处理装置旋转或受重力影响下时进行加热，则在第一室140a中的被分析物朝着第一室140a的径向远端145a(即，位于最远离旋转轴的第一室140a的末端)驱动。如果当加热的滞留流体从导管141a进入第一室时被分析物存在于端口143a处，则滞留流体将流过第一室140a中的被分析物。
在滞留流体的一部分穿过端口143a进入第一室140a之后，可以将剩余在第二室140b和第三室140c中的滞留流体冷却至第三温度。当滞留流体冷却至第三温度时，滞留流体在那些室中的体积减小，因此生成优选使第一室140a中的被分析物的一部分移动或抽吸穿过转移导管141a进入第二室140b中的真空。
从第一室140b中穿过导管141a抽吸出来的被分析物穿过端口142b进入第二室140b中，端口142b位于最接近旋转轴的第二室140b的径向近(上游)端。应该指出的是，转移导管141a通过端口143a从第一室140a退出，端口143a位于端口142b的径向远端(下游)，转移导管141a通过端口142b连接到第二室140b。换句话讲，端口142b比端口143a位于更靠近处理装置的旋转轴的位置。
如图5中示出，转移导管141a通过其连接到第一室140a的端口143a位于比第一室140a的远端145a更靠近旋转轴的位置。在其中端口(例如端口143a)位于比室140a的下游或径向远端145a更靠近旋转轴的位置，但没有位于室140a的上游或径向近端(如端口142a)处的情况下，端口143a可以描述为设置在室(或其他结构)的“中间位置”。换句话讲，沿着室或导管的中间位置为既不最接近又不最远离旋转系统中所考虑的室或导管的旋转轴的位置，并且不在非旋转重力系统的上游端或下游端。
当处理装置绕旋转轴旋转(或在重力系统中沿那个方向抽吸)时，具有更大密度的组分(例如，液体、小珠等，一般与气体相比)将被驱动朝向第一室140a的径向远端145a。因为端口143a位于比第一室140a的下游或远端145a更靠近上游端的中间位置，所以在远端145a处收集的被分析物的组分将通常不会被吸入转移导管141a中(因为它们将穿过端口143a位于更径向远端或下游位置)。
转移到第二室140b中的被分析物的一部分可以通过热转移处理转移到第三室140c中，该热转移处理类似于用于将被分析物从第一室140a转移到第二室140b的处理。在转移中，第三室140c中的受热滞留流体穿过转移导管141b进入第二室140b。转移导管141b通过在一端的端口143b通向第二室140b，并且通过在相对端的端口142c通向第三室140c。类似于转移导管141a，通向第三室140c的端口142c位于比端口143b(流体穿过该端口进入转移导管141b)更远的上游或更接近处理装置的旋转轴。此外，因为端口143b设置在中间位置(例如，比第二室140b的远端145b更接近旋转轴)，所以在第二室140b的远端145b处收集的被分析物组分将通常不会被吸入转移导管141b中。
当与旋转处理技术或重力耦合时，处理阵列内的流体热转移可以用于实现用已知处理装置不可能实现的更复杂的处理序列。现将结合图6中示出的处理阵列来描述更复杂的处理序列的一个实例。
图6的示例性处理阵列优选在设计成绕着设置在半径201上或靠近半径201的旋转轴旋转的处理装置中提供，其中半径201位于箭头202的方向。当绕旋转轴旋转时，处理阵列的结构将大致沿弧形箭头204表明的方向移动。或者，图6的处理阵列可以用于基于非旋转重力的装置中，其中箭头202表明上游方向，即，与作用在处理阵列上的重力方向相反(其中重力的方向为下游方向)。
示例性处理阵列包括通过导管232与第一室240连接的填充结构230。室240包括下游或径向远端245，当包含处理阵列的处理装置绕旋转轴旋转或通过重力作用时，驱动材料进入下游或径向远端245。就这一点而论，术语“上游”和“下游”还可以用于表示结合图6的处理阵列的方向。更具体地讲，由箭头202表明的方向可以被称为上游，而相反方向可以被称为下游。
处理阵列还包括热转移结构以有助于流体穿过室的热转移。在图6示出的示例性实施例中，热转移结构包括通过转移导管262与室240流体连通的圈闭室260。热转移结构还包括通过驱动导管272与圈闭室260流体连通的热驱动室270。
转移导管262优选包括流体圈闭263，其中转移导管262的一部分沿上游方向在转移端口(在这里转移导管与室240连接)和圈闭室260(或热驱动室270)之间行进。通过使包含处理阵列的装置旋转、在重力的影响下等，流体圈闭263有效地抑制流体从室240移出至圈闭室260或热驱动室270。
在使用中，示出的热转移结构可以用于将流体从室240转移到圈闭室260。因此，圈闭室260可以作为从室240移出的流体的贮存器。可能优选的是，圈闭室260具有足够大的体积以接纳来自室240的多次流体转移。圈闭室260的体积可以优选等于或大于室240的体积。在某些情况下，圈闭室260的体积为室240的体积的一又二分之一(1.5)倍是优选的。
根据上述讨论的原理可以实现被分析物的热转移。然而，一个差别可以存在于热驱动室270的远程位置。可能优选的是，热驱动室270位于热控制的处理装置的区域250(例如，可以选择性地加热和/或冷却的区域)中。如果处理装置为圆盘形式，则区域250可以优选为环形圈(其弧形部分在图6中示出)形式。
虽然热驱动室270位于远离处理阵列的其余部分的位置，其通过导管272和262与圈闭室260并最终与室240流体连通。为进行流体从室240到圈闭室260的热驱动的转移，可以优选加热驱动室270中的滞留流体以使得其温度从初始温度增加到第二温度。当驱动室270中的滞留流体温度增加时，其体积也增加。体积的增加使得热驱动室270中的滞留流体的一部分进入导管272，这继而使得导管272中的滞留流体的一部分进入圈闭室260中。相应地，使得圈闭室260中的滞留流体的一部分进入转移导管262。然后使得转移导管262中的滞留流体进入室240。
可能优选的是，室240中将要转移到圈闭室260的任何流体可以位于转移导管262进入室240的点处或位于该点的上游(例如，更靠近旋转轴)。离心力和/或重力可以优选驱动或抽吸室240中的流体朝向室240的下游或径向远端245，以使得端口(在该端口处转移导管262连接到室240)被流体覆盖。结果是从导管262进入室240的滞留流体优选流过室240中的被分析物。
在使得热转移结构(在示出的实施例中，其包括导管262和272，以及圈闭室260和热驱动室270)中的滞留流体进入室240中后，剩余在热驱动室270中的滞留流体的温度可以优选从第二温度降低至第三温度。当热驱动室270中的滞留流体冷却时，其体积优选减小，生成通过导管272传送到圈闭室260和通过圈闭室260传送到转移导管262的真空。然后真空通过转移导管262移动至室240，使得存在于室240和转移导管262之间连接处的流体被吸入转移导管262。然后将从室240移动或吸入进转移导管262的流体的至少一部分递送到其优选沉积的圈闭室260中。
可能优选的是，圈闭室260与转移导管262和热驱动导管272的几何形状应该为使得从室240递送到圈闭室260的流体保持在圈闭室260中并且没有转移到热驱动室270。将热驱动室270与转移到圈闭室260的流体隔绝可以保持热驱动室270用于从室240转移流体到圈闭室260两次或更多次的能力。
在热转移处理期间不直接加热圈闭室中的材料可能是更优选的。如果与圈闭室260流体连通的导管在圈闭室260的径向近端或上游端(即，最接近旋转轴的端)或靠近径向近端或上游端处进入圈闭室260和/或从圈闭室260退出，则可以增大圈闭室260的隔离。在这种构造中，例如，其中转移导管262和驱动导管272在位于圈闭室260的径向近端或上游侧的位置处连接到圈闭室260，进入圈闭室260的流体(同时，例如，处理装置正在旋转或正在重力的影响下)往往朝圈闭室260的下游或径向远侧(即，逆箭头202的方向)移动，使得进入圈闭室260的大部分流体(优选基本上全部的流体)不进入驱动导管272。圈闭室260和/或转移导管262还可以包括趋于引导从室240进入圈闭室260的流体朝下进入圈闭室260的主体积的结构(例如，导流板等)。
与图6的处理阵列的转移导管262一样，转移导管262还包括流体圈闭263，其中转移导管262的一部分在转移端口和热驱动室270之间沿上游方向行进(当从室240朝向热驱动室270移动时)。该流体圈闭263有效地抑制通过旋转包含处理阵列的设备或在重力的影响下流体从第一室240移出至热驱动室270。
可能优选的是，流体圈闭263到达径向接近室240的水平使得即使室完全被被分析物填充，单独旋转设备也不会驱动被分析物通过流体圈闭263并进入圈闭室260或热驱动室270。
在图6的示例性处理阵列中示出的其他可选的结构包括可以被设置成通过导管282与室240流体连通的第二室280。导管282示出为与室240在室240的径向远端点处连接。作为另外一种选择，导管282可以在沿着室240的半径长度的任何所选位置处(其中半径长度为沿着半径201的室240的尺寸)连接到室240。第二室280可以用于向室240提供(例如)洗涤流体。
结合图6的示例性处理阵列示出的另一个可选的结构为用于控制流体从第二室280流入导管282的阀门结构。在示出的处理阵列中，阀门结构采用延伸到第二室280空间内的阀门唇缘284(在图7中示出)的形式，但是可以使用任何合适的可供选择的阀门取代示出的阀门结构。
图7是包括第二室280的处理装置部分的剖视图。如在图6和图7中所看到的，阀门唇缘284优选位于由处理装置上的第二室280占据的区域，即，凸起的室区域内。凸起的室区域可优选通过使室边界凸起至处理装置的主侧面的任何一个上而限定。
在图7示出的实施例中，芯层214限定远离阀门层216的处理装置的第一主侧面215。阀门层216附接到远离第一主侧面215的芯层214的表面。覆盖层218附接到远离芯层214的阀门层216的表面，覆盖层218限定了远离处理装置的第一主侧面215的处理装置的第二主侧面219。
阀门唇缘284被描述为延伸到如通过第二室280的最外边界限定的凸起的室区域。因为阀门唇缘284位于凸起的室区域内，所以阀门唇缘284可以描述为悬垂第二室280的一部分或悬臂在第二室280的一部分上。
阀门唇缘284优选限定可优选至少部分位于阀门唇缘284内的阀门室285，如图7中所看到的。阀门室285优选与通向室240的导管282开放流体连通。就这一点而论，进入阀门室285的任何流体可以进入导管282以递送到室240。
阀门室285的至少一部分可以优选位于第二主侧面219和第二室280的至少一部分之间。阀门室285还可以优选通过将阀门室285与第二室280分开的阀门隔板(valve septum)286来与第二室280隔开，使得第二室280的体积的一部分位于阀门隔板286和处理装置的第一主侧面215之间。在示出的实施例中，覆盖层218优选沿着表面283密封到阀门唇缘284，以将阀门室285与第二室280隔开。
阀门隔板286优选由其中开口可以通过非接触方法(例如激光刻蚀、光聚焦加热等)形成的材料形成。因为在阀门隔板中形成的这种开口通常是不可逆的(即，它们在形成之后不能关闭)，在图6和图7中示出的阀门结构可以描述为“单次使用”阀门。用于在阀门隔板286中形成开口的能量可以通过覆盖层218或通过芯层214(或通过这两者)导向至阀门隔板286上。然而，可能优选的是，能量在阀门隔板286处通过覆盖层218导向以避免可能与在能量到达阀门隔板286之前通过第二室280中的材料导向能量相关的问题。
现在将描述使用第二室280递送流体至图6的处理阵列的室240的一个方法。在第二室280中提供了所选流体材料后，可以在阀门隔板286中的期望位置处形成开口。一个实例是图6中示出的开口287a。当包括第二室280的处理装置绕旋转轴以箭头204的方向旋转或经受重力时，第二室280中的流体将穿过开口287a移出第二室280进入阀门室285，然后进入导管282以用于递送至室240。
因为基本上位于贯穿开口287a延伸的虚线上的所有流体都将优选从第二室280中移出，所以可以选择阀门隔板286中形成一个或多个开口的位置以递送所选体积的流体至室240。例如，在初始递送流体穿过开口287a之后，可以通过在阀门隔板286中形成第二开口287b来递送第二室280中的第二体积的流体。在提供开口287b之后，可以将在贯穿开口287a和287b延伸的两条虚线之间的离散体积的流体递送至室240。图6还包括在阀门隔板286中的第三开口287c，通过该开口基本上在第二室280中的全部流体都可以进入导管282以递送至室240。
当通过最终使用者(或中间方)制造处理装置时，从第二室280递送到室240的流体可以在第二室280中提供。流体可以直接被递送到第二室280中。或者，流体可以通过与第二室280流体连通的可选填充结构281递送到第二室。填充结构281可以一次或多次用于将一个或多个离散体积的材料递送到第二室280。
如图6和图7中示出具有单次使用阀门结构的与室240流体连通的第二室280的一个潜在用途是，提供(例如)以一个或多个离散体积期望地定量进入室240的洗涤流体(生理盐水等)或一些其他流体。通过在阀门隔板286中的一个或多个所选位置处形成一个或多个开口，容纳在第二室280内的离散体积的流体(通常为液体)可以从第二室280递送至室240。
可以使用从第二室280至室240的离散体积的递送顺序以提供(例如)能够从室240中移除不期望的材料的“洗涤”溶液。例如，在将第一体积的洗涤溶液从第二室280(通过例如开口287a)递送到室240之后，可以使用热转移结构将具有不期望材料(在溶液中，其中夹带等)的洗涤溶液的一部分从室240中移除(将不期望的部分递送到圈闭室260，如本文所述)。如果足够体积的洗涤溶液位于第二室280中，则可以重复这种洗涤步骤。例如，可以形成第二开口287b以递送第二体积的洗涤溶液至室240。
在使用类似于图6和图7中示出的处理阵列的处理阵列的另一个示例性方法中，一种或多种试剂可以位于第二室280内(例如，干燥的等)或在液体中递送至第二室280，使得一种或多种试剂可以通过导管282递送至室240。
可以在根据本发明的处理装置中提供的另一个示例性的处理阵列在图8中示出。图8的示例性处理阵列优选在被设计成绕旋转轴旋转的处理装置中提供，旋转轴可位于沿箭头302方向的半径301上或接近半径301。当绕旋转轴旋转时，处理阵列的结构将一般沿着由弧形箭头304表明的方向移动。或者，图8的处理阵列可以用于基于非旋转重力的装置，其中箭头302表明上游方向，即，与作用在处理阵列上的重力方向相反(其中重力的方向为下游方向)。
示例性处理阵列包括通过导管332连接到第二室360的第一室340。第一室340和第二室360可以优选布置在处理装置上以限定上游方向和下游方向。上游方向是当从第二室360朝第一室340移动时的方向(由箭头302表明的一般方向)。下游方向是当从第一室340朝第二室360移动时的方向。可能优选的是，就旋转系统而言，上游和下游方向基本上径向对准该阵列位于其中的处理装置的中心，或在重力系统中上游和下游方向基本上对准重力。
第一室340优选包括优选单次使用的阀门342，其防止流体进入导管332直至打开。阀门342可以采用悬垂阀门唇缘的形式，如上面结合图7讨论的。第一室340包括径向远端或下游端345，当包含处理阵列的处理装置绕旋转轴旋转或经受重力时材料移动至该径向远端或下游端345中。第一室340还优选包括填充结构330，可以将被分析物通过该结构引入第一室340中。在示出的实施例中，第一室340还包括可以用于处理的可任选的试剂341。
第二室360可以优选位于被热控制(例如，可以被加热或冷却而改变位于第二室360中的被分析物或其他材料的温度)的处理装置的区域350中。如果处理装置为圆盘的形式，则区域350可以优选为环形圈(其弧形部分在图8中示出)的形式。因此，第二室360可以用于处理需要热控制的被分析物，如，等温处理、需要在两个或多个不同温度之间热循环的处理(如，PCR等)等。示出的第二室360包括可以与处理结合使用的可任选的试剂361。
图8中示出的处理阵列还包括热转移结构以有助于穿过第一室340的流体的热转移。在图8示出的示例性实施例中，热转移结构包括通过转移导管362与第一室340流体连通的热驱动室370。热驱动室370可以优选布置在处理装置上的热控制区域350内。
在使用中，示出的热转移结构可以用于将流体从第一室340转移到转移导管362和驱动室370。因此，热驱动室370可以作为流体从第一室340中移出的贮存器(以及提供用于进行热转移的滞留流体)。热驱动370具有足够大的体积以接纳来自第一室340的多次流体转移可以是优选的。热驱动室370的体积可以例如优选地等于或大于第一室340的体积。
结合在图6中示出的处理阵列，根据上述讨论的原理可以实现被分析物(或其他流体)的热转移。与图6的处理阵列的转移导管262一样，转移导管362还包括流体圈闭363，其中转移导管362的一部分在转移端口和热驱动室370之间沿上游方向行进(当从第一室340朝向热驱动室370移动时)。该流体圈闭363有效地抑制通过旋转包含处理阵列的设备或在重力的影响下流体从第一室340移动到热驱动室370。
可能优选的是，流体圈闭363达到位于室340的任何流体的水平的径向之上(即，更接近旋转轴或上游)的水平，使得单独设备的旋转(或重力)将不会驱动室340中的被分析物经过流体圈闭363并进入热驱动室370。流体圈闭363的高度可取决于多种因素而变化，包括(例如)室340中的流体的最大高度、转移导管362的尺寸、用于构造处理阵列的材料的疏水性/亲水性等。
可能优选的是，流体圈闭363达到室340高度(其中室340的高度从其径向远端或下游端345至其径向近端或上游端-即，位于最接近旋转轴的一端测量)的至少25％或更大的高度(沿上游方向从室340的径向远端或下游端345测量)。作为另外一种选择，转移导管362中的流体圈闭363可优选达到室340高度的至少50％或更大的高度。在又另一个替代形式中，转移导管362中的流体圈闭363可优选达到室340高度的至少75％或更大的高度。在又一个替代形式中，转移导管362中的流体圈闭363可优选达到室340高度的至少90％或更大的高度。
可能优选的是，将从第一室340转移出的任何流体在转移端口(在该处转移导管362连接到第一室340)处或其上游(即，更靠近旋转轴)处位于室340中。如果处理装置如上所讨论的绕旋转轴旋转，同时关闭阀门342，则离心力将驱动第一室340中的流体朝向第一室340的径向远端或下游端345，以使得转移端口(在该处转移导管362连接到第一室340)被流体覆盖。如果系统不旋转，则重力可用于使流体移向第一室340的下游端345。结果是迫使从转移导管362进入第一室340的任何滞留流体优选通过第二室340中的被分析物。
图8示出转移导管362的入口端口进入输入室340的侧面的位置。在滴定后，当图8的处理阵列停止或变慢时，流体弯月面可以通过表面能上移(即，沿箭头302的方向)，使得流体弯月面延伸超过输入端口进入转移导管362中。在那种情况下，输入室340中的流体可通过毛细管作用(即，流体的侧表面在室340中向上弯曲)移动至转移导管362中。通向转移导管362的输入端口的可供选择的位置将为室340中更中心的位置(即，沿箭头302的方向)，使得当旋转变慢时表面能将流体弯月面拉离通向转移导管362的输入端口。
在一些实施例中，当旋转减慢或停止时在热驱动室370中保持少量的热可能是理想的。这将潜在地提供向外的正压力以防止或减少不期望的流体进入转移导管362的可能性。
在其他实施例中，可能有利的是，在流体圈闭通道363的向上部分(即，在箭头302的方向上最远的圈闭通道363的部分)放置伸展室以在停止或减慢旋转时收集可能已经进入圈闭通道363的任何流体。当旋转继续时，则在任何这种伸展室中收集的流体将被驱动回输入室340中。另外，在流体圈闭通道363中的伸展室或其他几何形状还可以起作用以通过引入气隙来分开流体通道的连续性，引入的气隙可以有助于防止或至少停止不期望的毛细管流动和来自输入室340的流体的虹吸。
弯月面高度、排出高度、通道尺寸、流体粘度、流体接触角、旋转加速度、压差、流体速度和流体密度都可以有助于控制输入室340灌注和虹吸进入热驱动室370。当图8的处理阵列旋转时，一旦转移导管362和流体圈闭363部分在低于输入室340中流体的表面下填充流体，输入室370中的流体将由于虹吸而流空。因此流体驱动室370通过压差和虹吸来填充。
在图8的示例性处理阵列中示出的其他可任选的结构包括可被设置通过导管382与第一室340流体连通的第三室380。导管382被描述为在第二室340的中间点处与第一室340连接。作为另外一种选择，导管382可沿室340的高度在任何所选的位置处连接到第一室340(其中室的高度在它的上游和下游端之间确定)。
结合图8的示例性处理阵列示出的另一个可任选的结构为用于控制流体从第三室380流到导管382中的单次使用的阀门结构386。在示出的处理阵列中，阀门结构采用延伸至第三室380的空间中的阀门唇缘的形式，阀门唇缘包括阀门隔板，穿过该阀门隔板可以形成开口387以允许流体从第三室380流入导管382(类似于结合图6中示出的处理阵列描述的阀门结构)。
除了第三室380之外，处理阵列还可以包括亚腔室(subchamber)388，其中在使用期间可以收集来自第三室380的流体。亚腔室388中收集的流体可以传送到中间室390中。对流体传送到中间室390的控制可以通过单次使用阀门389来提供。
例如，当打开阀门389时(在亚腔室388充满流体后)，来自亚腔室388的流体可以进入中间室390，中间室390可优选包含一种或多种试剂391。试剂391可优选与来自亚腔室388的流体相互作用或由来自亚腔室388的流体吸收。在选定的时间点，可以打开中间室390中的单次使用阀门392。当打开阀门392时，中间室中的流体可以穿过与处理导管332流体连通的导管393传送到第二室360。
图9中示出了又一个可以在根据本发明的处理装置中提供的示例性处理阵列。图9的示例性处理阵列优选位于设计用来绕旋转轴旋转的处理装置中，旋转轴可以位于箭头402方向的半径401上或接近半径401处。当绕旋转轴旋转时，处理阵列的结构将大致沿弧形箭头404表明的方向行进。作为另外一种选择，图9的处理阵列可以用于基于非旋转重力的设备，其中箭头402表明上游方向，即，与作用在处理装置上的重力方向相对(其中重力的方向为下游方向)。
图9的示例性处理阵列在许多方面类似于在图8中示出的处理阵列，并且包括诸如第一室440、存在于第一室340中的试剂441、填充结构430、单次使用阀门442和下游端445之类的结构。另外，图9的处理阵列还包括通过处理导管432连接到第一室440的第二室460，以及第三室480和阀门结构486，穿过该阀门结构486可以形成开口487以通过导管482传送流体到第一室440。
另外类似于图8的处理阵列，图9的处理阵列还包括连接热驱动室470到第一室440的转移导管462。热驱动室470优选位于处理装置的热控制区域，处理阵列位于其中以根据本发明的原理提供进行热转移所需的热控制。转移导管462包括流体圈闭463，以防止流体通过处理装置的旋转或单独的重力从第一室440移动到热驱动室470。
图9的处理阵列中示出的另外的结构为沿转移导管462布置的阀门472。阀门472可用于控制热转移功能的启用。例如，如果关闭阀门472，加热或冷却热驱室470中的滞留流体将不会起到从第一室440中拉引或移动流体的作用。阀门472的准确位置是不重要的，它仅需位于在第一室440和热驱动室470之间。阀门472可以为类似于本文所述的那些的单次使用阀门。
图9的处理阵列和图8的处理阵列之间的另一个差别是图9的处理阵列不包括图8处理阵列的亚腔室和中间室。然而，图9的处理阵列却包括如第二室460一样位于热控制区域450内的第三室490。第二室460包括位于其中的可任选的试剂461。第三室490也包括位于其中的可任选的试剂491。第三室490还通过单次使用阀门462和导管492连接到第二室460。图9的处理阵列位于其中的处理装置的旋转或重力将优选将流体从第二室460移动至第三室490，其中在这里，第三室490位于第二室460的下游。
结合图10示出了又一个示例性处理阵列并且示出了在本发明的处理阵列中的另一个可任选的结构。图10的示例性处理阵列优选位于设计用于绕旋转轴旋转的处理装置中，旋转轴可以位于箭头502方向的半径501上或接近半径501。当绕旋转轴旋转时，处理阵列的结构将大致沿弧形箭头504表明的方向行进。作为另外一种选择，图10的处理阵列可以用于基于非旋转重力的设备，其中箭头502表明上游方向，即，与作用在处理装置上的重力方向相对(其中重力的方向为下游方向)。
图10的示例性处理阵列在许多方面类似于图8和图9中示出的处理阵列，并且包括诸如第一室540、存在于第一室540中的填充结构530、单次使用阀门542和下游端545之类的结构。另外，图10的处理阵列还包括通过处理导管532连接到第一室540的第二室560。
另外类似于图8和9的处理阵列，图10的处理阵列还包括连接第一室540到一对热驱动室570a和570b的转移导管562。转移导管562包括流体圈闭563，在其之后转移导管562分为转移导管562a和562b。热驱动室570a和570b两者均优选位于热控制区域550中。
转移导管562a和562b中的每一个可优选包括阀门572a和572b(分别)用以控制流体流入和流出热驱动室570a和570b。阀门572a和572b可优选采用如本文所述的单次使用阀门的形式。在某些情况下，热驱动室中的一个可不通过阀门与第一室540分离，而另外的热驱动室用阀门分离。此外，虽然仅两个驱动室在图10的处理阵列中示出，但是如果需要可以提供三个或更多个热驱动室。在另一个变型中，其中提供多个热驱动室，可以用专用转移导管(代替如在图10所示分开导管562)将各热驱动室连接到室540。
结合本发明的处理装置中的处理设阵列使用试剂是可选的，即，本发明的处理装置可以包括或可以不包括处理阵列室中的任何试剂。在另一个变型中，不同处理阵列中的一些室可以包括试剂，而其他不包括试剂。在又一个变型中，不同的室可以包含不同的试剂。此外，可以涂布室结构的内部或者说是处理室结构的内部以控制试剂的粘附。
用于本发明的处理装置的处理阵列可优选为“没有排气口的”。如结合本发明使用的，“没有排气口的处理阵列”为其中仅有的通向处理阵列的开口位于填充结构(例如填充室)中的处理阵列(即，至少两个连接室)。换句话讲，为了到达在没有排气口的处理阵列的处理阵列中的室，被分析物必须传送到填充结构或直接传送到室内。相似地，在填充被分析物前位于处理阵列中的任何空气或其他流体还必须通过该填充结构从处理阵列中逸出。相比之下，有排气口的处理阵列将包括在填充结构外的至少一个开口。那个开口将允许位于处理阵列内的任何空气或其他流体在填充之前逸出。
在旋转系统中通过旋转期间的使设备交替加速或减速，基本上是挤压分析物穿过导管和腔室，可以有利于移动被分析物穿过包括有排气口的处理阵列的处理装置。可以使用至少两个加速/减速循环(即，初始加速，然后减速，第二轮加速和第二轮减速)进行旋转。如果加速和/或减速是快速的，则可能是更有用的。旋转还可以优选仅沿一个方向，即，在填充过程期间颠倒旋转方向可能是不必要的。这种填充处理允许被分析物置换位于在更远离设备旋转中心的位置的处理阵列的那些部分中的空气。实际的加速和减速速率可以根据多种因素变化，例如温度、设备尺寸、被分析物离旋转轴的距离、用于制造设备的材料、被分析物的特性(如，粘度)等。
尽管没有示出，但本发明的处理阵列中的室还可以包括一个或多个可任选的混合室以有助于在室中混合材料。旋转处理装置中的混合室及它们的操作可能在(例如)于2003年12月12日提交的美国专利申请公开No.US 2005-0129583A1，标题为“SAMPLE MIXING ON AMICROFLUIDIC DEVICE(微流体设备上的样品混合)”(代理人案卷号为59072US002)中有更详细的描述。然而，简而言之，结合旋转处理装置中的腔室而提供的混合室可以通过改变处理装置的旋转速度来工作，以将室中的被分析物移动进入混合室中并从混合室中移出，以实现被分析物的混合。
图11中示出了本发明的处理装置中的又一个变型，其中处理装置610由位于框架630内的多个处理模块620构造。框架630可优选限定中心612，使得设置在径向阵列中的处理模块620围绕中心612。处理模块620中的每一个可以包括在其中形成的一个或多个处理阵列。关于一些潜在可用的处理模块和框架的另外细节可以在于2005年7月5日提交的名称为“MODULAR SAMPLE PROCESSING APPARATUSKITS AND MODULES(模块样品处理装置套件和模块)”的美国专利申请公开No.US 2007-0007270A1(序列号11/174,756)中找到。
如本文以及所附权利要求书中所用的，除非上下文明确地另外指明，否则单数形式“一个”和“所述”包括多个指代物。因此，例如，提及“热驱动室”包括多个热驱动室(除非另外明确地表明)，而提及“室”包括指一个或多个室和对于本领域技术人员已知的它们的等同物。
本文中引用的所有参考文献和专利公开明确地以全文引用的方式并入本公开。本文讨论了本发明的示例性实施例并且提及了处于本发明范围内的可能的变型。在不脱离本发明的范围的前提下，这些以及其它变型和修改形式对本领域内的技术人员将是显而易见的，并且应当理解，本发明并不限于本文所示出的示例性实施例。因此，本发明仅应受以下提供的权利要求书及其等同物的限定。

Claims (25)

1.一种用于转移处理装置内的流体的方法，所述方法包括：
提供包括至少一个处理阵列的处理装置，所述处理阵列包括第一室和包含滞留流体的热转移结构，其中所述热转移结构包括连接至所述第一室的转移导管；
在所述第一室中提供被分析物；
通过加热所述热转移结构中的所述滞留流体的至少一部分，使得所述热转移结构内的所述滞留流体的体积增加，以迫使所述滞留流体的第一部分进入所述第一室，从而使所述滞留流体的所述第一部分穿过所述转移导管进入在所述第一室中的所述被分析物；以及
在使所述滞留流体的所述第一部分进入所述第一室之后，冷却所述热转移结构中的加热的滞留流体，其中所述热转移结构内的所述滞留流体的体积减少，使得所述第一室中的所述被分析物的至少一部分穿过所述转移导管被吸入所述热转移结构中。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述热转移结构中的所述滞留流体进行两个或多个连续的加热和冷却循环。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括在使所述滞留流体的所述第一部分通过所述第一室中的所述被分析物的同时绕旋转轴旋转所述处理装置，其中所述旋转朝向所述第一室的径向远端驱动所述被分析物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述转移导管的至少一部分位于比所述第一室的至少一部分更靠近所述旋转轴的位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其中热转移结构包括与所述转移导管流体连通的圈闭室，并且其中所述热转移结构包括通过驱动导管与所述圈闭室流体连通的热驱动室，并且其中通过所述转移导管被吸入所述转移结构中的所述被分析物的一部分在所述圈闭室中沉积。
6.根据权利要求5所述的方法，其中不直接加热所述圈闭室中的所述滞留流体。
7.根据权利要求5所述的方法，还包括绕旋转轴旋转所述处理装置，其中所述转移导管和所述驱动导管在所述圈闭室的径向近侧连接至所述圈闭室，使得在旋转所述处理装置时进入所述圈闭室的流体被朝所述圈闭室的径向远侧驱动，从而使进入所述圈闭室的所述流体的大部分不进入所述驱动导管，其中所述圈闭室的径向近侧位于比所述圈闭室的径向远侧更靠近所述旋转轴的位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其中进入所述圈闭室的基本上所有的所述流体不进入所述驱动导管。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括绕旋转轴旋转所述处理装置，其中所述转移导管在第一端口处连接至所述第一室，其中所述第一端口位于沿由所述第一室占据的径向长度的中间位置，其中沿着从所述旋转轴延伸的半径确定所述径向长度。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括在使所述滞留流体的第一部分穿过所述转移导管进入所述被分析物之前打开位于所述第一室和所述转移导管之间的阀门。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理阵列包括第二室和在所述第二室与所述第一室之间延伸的第二导管，其中所述方法还包括通过绕旋转轴旋转所述处理装置将流体通过所述第二导管从所述第二室传送到所述第一室。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法还包括在将流体通过所述第二导管从所述第二室传送到所述第一室之前打开位于所述第二室和所述第二导管之间的第二室阀门。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述处理装置还包括沿所述第二导管位于所述第二室和所述第一室之间的中间室，其中从所述第二室传送到所述第一室的所述流体在所述流体到达所述第一室之前进入所述中间室，其中所述中间室包括位于其中的试剂，并且其中在所述流体到达所述第一室之前所述流体接触所述中间室中的所述试剂。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法还包括在使所述流体从所述第二室进入所述中间室之前打开位于所述中间室和所述第二室之间的中间室入口阀。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法还包括在使所述流体从所述中间室进入所述第一室之前打开位于所述中间室和所述第一室之间的中间室出口阀。
16.一种处理装置，包括：
在主体中形成的至少一个处理阵列，其中所述至少一个处理阵列包括：
第一室；
第二室；
处理导管，所述处理导管在所述第一室和所述第二室之间延伸，其中所述第一室和所述第二室限定当从所述第二室朝向所述第一室移动时的上游方向以及当从所述第一室朝向所述第二室移动时的下游方向；
热转移结构，所述热转移结构包括热驱动室和转移导管，所述热驱动室包含滞留流体，所述转移导管在所述第一室和所述热驱动室之间延伸，其中所述转移导管穿过转移端口进入所述第一室，并且其中所述转移导管包括流体圈闭，在所述流体圈闭中，所述转移导管的一部分在所述转移端口和所述热驱动室之间沿上游方向行进。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述转移导管的所述流体圈闭在所述第一室和所述热驱动室之间至少到达所述第一室的中点。
18.根据权利要求16所述的设备，还包括位于所述第一室和所述热驱动室之间的阀门，其中通过所述转移导管在所述第一室和所述热驱动室之间的流体流通受到抑制直到打开所述阀门。
19.根据权利要求16所述的设备，其中所述热转移结构还包括沿所述转移导管位于所述第一室和所述热驱动室之间的圈闭室，其中所述圈闭室位于所述流体圈闭内或所述流体圈闭和所述热驱动室之间。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述圈闭室沿所述圈闭室的上游端连接至所述转移导管。
21.根据权利要求16所述的设备，其中所述热转移结构包括两个或多个热驱动室，其中所述两个或多个热驱动室的全部均位于所述转移导管中的所述流体圈闭的下游。
22.根据权利要求21所述的设备，还包括位于所述第一室和每个所述热驱动室之间的阀门，其中通过所述转移导管在所述第一室和每个所述热驱动室中之间的流体流通受到抑制直到打开位于所述第一室和所述热驱动室之间的所述阀门。
23.根据权利要求16所述的设备，其中所述处理导管从所述转移端口沿下游方向连接至所述第一室。
24.根据权利要求16所述的设备，还包括位于所述第一室和所述处理导管之间的阀门，其中通过所述处理导管从所述第一室至所述第二室的流体流通受到抑制直到打开所述阀门。
25.根据权利要求16所述的设备，其中多个所述处理阵列位于所述主体中，其中所述处理阵列基本上围绕所述主体的中心径向排列，使得所述上游和下游方向基本上从所述主体的所述中心径向延伸。
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