阅读说明：本技术 用于核酸扩增的微流体反应腔室 (Microfluidic reaction chamber for nucleic acid amplification ) 是由 S-l·蔡 H·埃利 J·拉曼 于 2019-04-29 设计创作，主要内容包括：本文的示例涉及使用微流体反应腔室来扩增和检测核酸。示例性设备包括反应腔室回路,以处理试剂和生物样品,以用于扩增核酸。该设备还包括多个毛细管,以使该试剂和生物样品通过微流体反应腔室。阀控制系统可选择性地控制多个阀中的每一个,以使该试剂和生物样品根据特定时间序列选择性地移动通过微流体反应腔室,以便扩增核酸。在各种示例中,设置在微流体反应腔室中的捕获区域将核酸固定在微流体反应腔室中,以便使用反应腔室回路来扩增。(Examples herein relate to the use of microfluidic reaction chambers for amplification and detection of nucleic acids. An exemplary apparatus includes a reaction chamber loop to process reagents and biological samples for amplification of nucleic acids. The apparatus also includes a plurality of capillaries to pass the reagent and biological sample through the microfluidic reaction chamber. A valve control system can selectively control each of the plurality of valves to selectively move the reagent and the biological sample through the microfluidic reaction chamber according to a particular time sequence in order to amplify the nucleic acid. In various examples, a capture region disposed in a microfluidic reaction chamber immobilizes a nucleic acid in the microfluidic reaction chamber for amplification using a reaction chamber loop.)

具体实施方式

本公开的各方面据信适用于涉及核酸扩增的多种不同类型的设备、系统和方法。在某些实施方式中，当在PCR的背景下使用时，本公开的各方面已显示出是有益的。虽然不一定如此受限，但是可通过以下使用示例性背景的非限制性示例的论述来理解各个方面。

本文公开的各种示例的各方面涉及一种包括微流体反应腔室的设备，该微流体反应腔室包括反应腔室回路，以处理试剂和生物样品，以用于扩增生物样品中包含的核酸。该设备还包括多个毛细管，以使试剂和生物样品通过微流体反应腔室。多个阀中的每一个可相应地设置在该多个毛细管中的不同毛细管中，并且阀控制系统可选择性地控制该多个阀中的每一个。在操作期间，阀控制系统可使试剂和生物样品根据特定时间序列选择性地移动通过微流体反应腔室，以扩增核酸。在各种示例中，设置在微流体反应腔室中的捕获区域将核酸固定在微流体反应腔室中，以使用反应腔室回路来扩增。因此，在以下描述中，阐述了各种具体细节以描述本文中呈现的具体示例。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可在没有以下给出的所有具体细节的情况下实践一个或多个其他示例和/或这些示例的变型。在其他情况下，没有详细描述公知的特征，以免模糊本文对示例的描述。为便于说明，可在不同的图中使用相同的附图标记来指代相同的元件或相同元件的附加实例。此外，尽管在某些情况下可在各个图中描述各方面和特征，但将理解的是，来自一个图或示例的特征可与另一图或示例的特征组合，即使该组合没有明确地示出或明确地描述为组合。

聚合酶链反应（PCR）是分子生物学中使用的一种方法，用于制作核酸片段的多个拷贝。使用PCR，核酸序列的单个拷贝（或更多）以指数方式扩增以产生该特定核酸片段的数千到数百万或更多拷贝。PCR是一种温度介导的过程，其涉及在设定温度之间循环反应体积或混合物。该反应体积/混合物包含一种或多种待扩增的核酸，其被称为“模板”链。在反应体积中，模板链可与其互补链呈双链形式。如果模板和互补链作为双链核酸分子存在，例如脱氧核糖核酸（DNA）双螺旋，则该双链分子在PCR的第一步中变性。在这样的过程中，双链核酸分子分裂成两条单核酸链。在PCR的第一步中，双链分子的两条链在称为变性或熔化的过程中在高温下物理分离。变性发生在一个温度下，其称为变性温度。该反应体积/混合物还包含至少两种引物。“引物”是指或包括短的单链核酸片段，其也称为寡核苷酸，其序列与模板（靶）核酸序列部分或完全互补。引物中的一个称为正向引物，而另一个称为反向引物。

在PCR的第二步中，降低该体积/混合物的温度，并且引物与其在靶核酸序列上的互补序列“退火”（杂交或结合）。两条、现在是双链的核酸链随后成为酶促反应的模板，该酶促反应使用聚合酶从也存在于反应体积/混合物中的游离核苷酸复制/合成/组装新的核酸链。正向引物与有义链中的序列杂交，而反向引物与反义链中的序列杂交。引物与有义或反义链的互补序列的杂交称为退火。这第二步发生在称为退火温度的温度下。

反应体积/混合物还包含聚合酶。在第三步中，聚合酶从正向引物开始合成互补链的拷贝，并从反向引物的5'末端开始合成有义链的拷贝。在整个合成中，反义链的拷贝也与有义链杂交，并且有义链的拷贝与反义链杂交。这第三步称为延伸，并且在称为延伸温度的温度下进行。在延伸步骤之后，重复第一步、第二步和第三步，直到达到扩增的程度，其中产生了有义链和反义链的多个拷贝。随着PCR的进行，产生的核酸本身被用作复制的模板，从而开始链式反应，其中原始核酸模板呈指数扩增。

在PCR期间，选择变性温度使得核酸的单链变性，同时不影响聚合酶，例如不破坏聚合酶。一示例性变性温度为大约95摄氏度。退火温度可取决于引物的序列和长度。一示例性退火温度介于约50摄氏度和65摄氏度之间。延伸温度可取决于所使用的聚合酶。例如，如果使用Taq DNA聚合酶，则可使用约72摄氏度的延伸温度。在延伸后，温度恢复到94摄氏度，以使双链DNA变性为单链DNA。这种从变性-退火-延伸的循环重复多次，例如超过20至40个循环。

如上所述，在PCR中可使用若干组分和试剂。在这些组分中的是：包含待扩增的目标序列的生物样品；聚合新核酸链的酶；两个（或更多个）核酸引物，例如脱氧核糖核苷酸三磷酸（dNTP）；以及缓冲溶液，其为聚合酶的扩增和最佳活性和稳定性提供合适的化学环境。聚合酶的示例包括但不限于DNA聚合酶，例如Taq DNA聚合酶和逆转录酶。缓冲溶液的示例包括如下组分：例如二价阳离子，包括镁（Mg）或锰（Mn）离子；以及一价阳离子，例如钾（K）离子等。此外，PCR可包括报道分子，例如荧光团或产生电化学信号的分子。这些组分一起在本领域中通常简称为“预混液（或反映混合物，master mix）”并形成有利于核酸扩增的环境。

在本公开的各种示例中，核酸扩增的方法一般包括使含有核酸模板的反应体积/混合物与吸附材料、例如顺磁珠接触的步骤。此类顺磁珠的非限制性示例可包括来自ThermoFisher Scientific的Dynabeads® MyOne™ SILANE，M-280和来自ThermoFisherScientific的Dynabeads® MyOne™ SILANE，M-450。代替使用珀耳帖加热器或红外灯将热传递到含有反应混合物的容器，可使用微流体反应腔室中的反应腔室回路将本公开的反应加热到用于PCR的合适温度。

本公开涉及一种用于进行PCR的改进系统。特别地，本公开涉及一种系统和/或盒，其中微流体反应腔室经由例如阀/毛细管阀系统以有序的序列接收用于PCR的组分。一系列受控阀序列将诸如缓冲液、生物样品和例如预混液的试剂之类的组分释放到微流体反应腔室中，在那里进行PCR反应。该微流体反应腔室本身可提供热以进行PCR，并且传感器可被设置在腔室内，以实时或接近实时地检测核酸的扩增。在各种实施例中，作为非限制性示例的诸如热喷墨泵的泵可用于牵引/推动流体组分通过毛细管以及通过微流体反应腔室。另外，在各种实施例中，来自生物样品的核酸例如可使用顺磁珠来固定在反应腔室内。

能够使用本发明来扩增的核酸包括但不限于：DNA，其可为单链、双链、线性、共价闭合、超螺旋和松弛环状形式；或者RNA，其可为单链、双链、线性或共价闭合的；或者DNA和RNA的组合。此外，能够使用本发明来扩增的核酸可包括任何形式的DNA或RNA（例如，染色体或线粒体DNA、无细胞DNA、核糖体RNA、mRNA，完整的或片段化的等）并且其来自任何来源（例如，病毒、原核生物、真核生物或古细菌等），无论是自然产生的还是合成产生的。

现在转到附图，并且特别是图1，该图提供了根据本公开的包括微流体反应腔室的示例性PCR系统的示意图。特别地，图1图示了示例性PCR系统10的一些部件。如所示，系统10包括微流体反应腔室18，其包括反应腔室回路28，以处理试剂和生物样品，以用于扩增生物样品中包含的核酸。系统10还可包括多个毛细管16，以使试剂和生物样品通过微流体反应腔室18。如图1中所示，毛细管16可分支以将微流体反应腔室18与系统10的各种部件耦接。在各种示例中，多个阀15、17可被设置在该多个毛细管中的不同毛细管中。此外，在一些示例中，阀控制系统20可选择性地控制该多个阀15、17中的每一个，并且在操作期间，使试剂和生物样品根据特定时间序列选择性地移动通过微流体反应腔室18，以便扩增核酸。毛细管16、阀15、17和阀控制系统20在本文中统称为毛细管阀系统。此外，在各种示例中，设置在微流体反应腔室18中的捕获区域32可将核酸固定在微流体反应腔室18中，以便使用反应腔室回路28来扩增。

在一些示例中，系统10包括流体输入区域，其包括多个流体腔室，其中两个流体腔室，即第一流体腔室12和第二流体腔室14，在示例性系统10中示出。尽管图1中图示了两个流体腔室，但要注意的是，可使用更多或更少的流体腔室（如本文进一步论述的）。流体或流体输入可从流体腔室12、14（可替代地称为流体输入区域）移动通过多个毛细管，该毛细管在图1中表示为16。该流体可顺序地释放到微流体反应腔室18中，在那里可进行核酸扩增反应。示例性系统10中所示的具有第一阀15和第二阀17的多个阀可被设置在该多个毛细管16中的不同毛细管中。作为非限制性示例，本文描述的阀可被动地致动，例如利用起泡器致动，主动地致动，例如利用致动器电路致动，或手动地致动。

在一些示例中，系统10可包括泵23，以使试剂和生物样品从流体输入区域移动并通过微流体反应腔室18。泵23可以是热喷墨液滴喷射泵，或者其他气泡驱动的惯性微型泵，但是也可预期其他合适的泵或者可用作泵的部件。泵23被示出为位于微流体反应腔室18的下游。然而，示例性系统10中的这种泵23可替代地位于微流体反应腔室18的上游，并且可推动而不是拉动流体通过微流体反应腔室18。泵23可被设置在微流体反应腔室18的相对于微流体反应腔室18的例如设置有流体腔室12、14的一侧的相同侧或不同侧上。另外，在各种示例中，当微流体反应腔室中的重构试剂溶液的水平达到阈值水平时，泵23可终止重构试剂溶液从流体腔室到微流体反应腔室的流动。例如，微流体反应腔室18可包括设置在微流体反应腔室18内的传感器（图1中未图示），以检测微流体反应腔室18中的重构试剂的水平。该传感器可包括电路，其响应于该传感器检测到微流体反应腔室18具有设置在其中的阈值水平的试剂而指示泵23停止操作。

如关于图10A-E、图11A-11C、图12A-B和图17A-17E进一步论述的，相应的流体腔室12、14中的每一个可包括相应的柱塞以排出其中的流体。作为说明，耦接到该多个毛细管16的第一流体腔室12可包括第一柱塞（图1中未图示），以响应于生物样品的接收而将生物样品与裂解溶液混合。第一流体腔室12可接收生物样品，并且第一柱塞可被致动，以促使裂解溶液进入到生物样品中。第一柱塞和第二柱塞中的每一个都可使存储的体积沿相关联的腔室的长度平移，直到到达腔室中的止动特征。

在一些示例中，裂解溶液可包括吸附珠，以与生物样品的核酸结合。例如，裂解溶液可引起生物样品内的细胞膜的裂解，从而释放其中的核酸。裂解溶液还可包括吸附珠，例如顺磁珠或具有结合到核酸分子的表面化学物的其他微粒，并且其可固定和/或隔离微流体反应腔室18内的核酸。在此类非限制性示例中，系统10可包括反应腔室回路28外部的磁体，以将吸附珠固定在微流体反应腔室18内。

耦接到该多个毛细管16的第二流体腔室14可包括冻干试剂溶液和第二柱塞（图1中未图示），以允许缓冲液在压下超过第二流体腔室14内的阈值时与冻干试剂溶液混合，并形成重构试剂溶液。第二流体腔室用于接收试剂，该第二流体腔室耦接到第二柱塞，该第二柱塞被致动以促使重构缓冲液进入到试剂中。

如本文所论述的，阀控制系统20可根据特定时间序列而选择性地使带有裂解溶液的生物样品（来自第一流体腔室12）和重构试剂溶液（来自流体腔室14）移动通过微流体反应腔室18。虽然以上描述了包括裂解溶液和生物样品的第一流体腔室12，以及包括缓冲液和冻干试剂溶液的第二流体腔室14，但是预期任一腔室可接收和/或存储所述体积。

系统10中还示出了废物储存腔室22，该腔室22可容纳被驱动通过微流体反应腔室18的流体（即，驱动流体）的废物或剩余部分。尽管称为废物腔室，但要理解的是，在其他示例中，废物储存腔室22可包括腔室、通道、通路、导管、容积、其他部件或它们的网络。

例如，从系统10的流体腔室12、14引入的流体可包括但不限于样品、生物样品、裂解缓冲液、结合缓冲液、重构缓冲液和预混液。用于将来自例如12、14的流体腔室的流体添加到微流体反应腔室18的一个示例性序列可开始于添加来自第一流体腔室12的流体，该流体可以是待评估的其中悬浮有细胞的样品，例如血液、痰液、尿液、组织、粪便物等，或者可以是细胞拭子，或悬浮在缓冲液或另一流体中的细胞。第一流体腔室12还可包括试剂或多于一种试剂，例如，其可被添加到样品，以便例如在样品被驱动通过微流体反应腔室18之前从样品中的目标生物提取核酸。如此，该序列可涉及致动核酸扩增盒的第一流体腔室12内的第一柱塞，以将裂解溶液与设置在其中的生物样品混合。该一种或多种试剂可包括化学裂解溶液，以瓦解或以其他方式分解包封核酸的细胞膜。可替代地，可使用其他方法，例如热方法或机械方法（例如，超声波）来裂解目标生物。

接下来，例如可包括预混液的来自第二流体腔室14的流体可被驱动通过微流体反应腔室18。该预混液可以是干燥的（例如，冻干的）并且可在被驱动或泵送通过微流体反应腔室18之前以缓冲液重构。如此，该序列可涉及致动核酸扩增盒的第二流体腔室内的第二柱塞，以将冻干试剂溶液（例如，预混液）与设置在其中的缓冲溶液混合。

其他附加或替代的流体可被驱动通过微流体反应腔室18。这样的流体的一个示例是洗涤缓冲液。例如，任何合适的洗涤缓冲液的目的可以是从微流体反应腔室18内洗掉可能干扰PCR或核酸检测的任何剩余组分。然后，该洗涤缓冲液可继续通过系统10到达废物储存腔室22，并且可在例如PCR期间携带微流体反应腔室18中的任何剩余废物组分。

该序列还可包括根据特定时间序列例如使用气泡驱动的惯性微型泵将来自第一流体腔室12的第一体积和来自第二流体腔室14的第二体积泵送通过核酸扩增盒的微流体反应腔室18。例如，其中每个体积被驱动到微流体反应腔室18中的序列可特定于PCR的执行。例如，流体或流体输入可通过一系列受控的阀和/或泵序列以不同的合适序列释放到微流体反应腔室18中。例如，该序列可包括致动设置在耦接第一流体腔室12和微流体反应腔室18的毛细管16中的第一阀15，以分配微流体反应腔室18中的第一体积，并且致动设置在耦接第二流体腔室14和微流体反应腔室18的毛细管16中的第二阀17，以分配微流体反应腔室18中的第二体积。还预期了移动流体或流体输入的其他合适的方法。

在图1中的系统10中，图示了一个示例性微流体反应腔室18的剖视图，但也预期了微流体反应腔室的其他构造或示例。本文下面描述用于示例性PCR系统的微流体反应腔室的一些其他示例。

微流体反应腔室18可由基板24形成，该基板24可包括穿过其延伸的单个或多个输入和输出开口26。可使用开口26或基板24中的开口从微流体反应腔室18下方引入流体。在一些示例中，基板24例如可包括基于硅的晶片，或者例如可由单晶硅、多晶硅、砷化镓、玻璃、二氧化硅、陶瓷、塑料或半导体材料形成。在一些示例中，基板24可以是复合材料，和/或包括多层不同材料。在一些示例中，可通过激光加工和/或化学蚀刻在硅基板中形成开口26。如本文所述，开口26中的一个可接收从流体腔室12、14分配的流体体积，并且开口26中的另一个可将流体分配至废物储存器22。

微流体反应腔室18还可包括反应腔室回路28，其例如可以是半导体芯片，如图所示。在图1中所示的示例中，反应腔室回路28被安装在基板24的顶部上。微流体反应腔室18中的反应腔室回路28的存在可提供感测或测量腔室18中的流体组分的特性的能力。反应腔室回路28还可在PCR的热循环期间向腔室18中的流体提供热。如此，通过反应腔室回路28，微流体反应腔室18可加热来自第一腔室和第二腔室的第一体积和第二体积，以扩增用于PCR的生物样品的核酸。反应腔室回路28可被安装在基板24上，或者可悬置在微流体反应腔室18中，使得反应腔室回路28周围的多个侧面与流体接触。

盖30也可部分地形成或构成微流体反应腔室18，并且可被安装在基板24上，并且可与反应腔室回路28隔开，以提供空间或通孔33，流体输入可被驱动或泵送通过该空间或通孔33。通孔33可形成在盖30和反应腔室回路28之间。盖30例如可包括玻璃、石英、聚（甲基丙烯酸甲酯）、聚碳酸酯、环烯烃共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氯乙烯，但也可预期其他合适的材料。可替代地，输入或输出开口可穿过盖30而不是基板24形成，或者除基板24之外可穿过盖30形成。如此，微流体反应腔室18可包括处于基板24上的反应腔室回路28和设置在反应腔室回路28上方的盖30，以在盖30和反应腔室回路28之间形成通孔33。

半导体芯片28或反应腔室回路可包括至少一个传感器，以便例如在PCR期间或在PCR完成之后实时或接近实时地检测扩增核酸。该传感器可以是光学传感器和/或电化学传感器。该传感器可悬置在微流体反应腔室18中，并且可背离和/或朝向基板24。附加地和/或替代地，例如，在PCR期间或在PCR完成之后，可使用外部光学器件来识别扩增核酸的存在。例如，还预期了用于识别扩增核酸的存在和/或量的其他合适的方法。回路上的传感器还可用于感测沿回路和/或腔室的每种试剂或流体类型的存在与否，从而监测整个过程。

系统10还可包括捕获区域32，其可设置在微流体反应腔室18中，以便将核酸固定在微流体反应腔室18中，以用于使用反应腔室回路28来扩增。可包括捕获区域的材料的一个示例是磁体。处于反应腔室回路28外部的磁体（未示出或包括在系统10中，但包括在后续描述的系统中）可将核酸固定在微流体反应腔室内。例如，顺磁珠可在细胞膜的裂解期间和/或之后被引入和/或与生物样品混合，以使核酸吸附到顺磁珠。例如通过结合核酸，这些顺磁珠可用于保持核酸。例如，这些顺磁珠可具有促使核酸被吸附到珠上的表面化学物。

如果顺磁珠被用作捕获区域32，则例如，可使用磁体来保持核酸。可使用反应腔室回路28外部的磁体（未示出或包括在系统10中，但包括在后续描述的系统中）将例如包括顺磁珠的捕获区域32固定在通孔33中。磁体的替代方案是过滤器。例如，该磁体或过滤器可位于系统10中的微流体反应腔室18上游的通道或毛细管中，或者位于微流体反应腔室18内。

尽管以特定顺序描述了将流体或其他组分引入到例如系统10，但是预期了示例性流体或组分可按照任何合适的顺序被引入。此外，在系统10或本文公开的任何示例性系统中，还预期了在示例性系统中起作用的、不同于所描述的那些部件的合适部件。本公开不限于本文公开的特定部件。

图2示出了示例性PCR系统50的示意图。以上对系统10的部分或部件的描述适用于系统50中的相应部分。然而，在系统50中，示出了三个流体腔室52、54、56。流体腔室（分别为第一、第二和第三）52、54、56中的流体输入可按照任何合适的顺序添加以用于PCR，然而，将描述一示例性序列。流体或流体输入可被驱动或移动通过在流体腔室52、54、56和微流体反应腔室58之间延伸的多个毛细管80。

用于将流体输入添加到微流体反应腔室58的一个示例性序列可开始于添加第一流体腔室52的内容物，例如，该内容物可以是待评估的其中悬浮有细胞的样品，例如血液、痰液、尿液、组织、粪便物等，或者可以是细胞拭子，或悬浮在缓冲液或另一流体中的细胞。第一流体腔室52的流体输入还可包括试剂或多于一种试剂，例如，其将被添加到样品，以便例如在样品被驱动通过微流体反应腔室58之前，从样品中的目标生物提取核酸。这样的试剂的一个示例是裂解溶液。

第二流体腔室54中的第二流体输入接下来可被驱动通过微流体反应腔室58。这样的流体输入的一个示例是洗涤缓冲液。例如，合适的洗涤缓冲液的目的可以是从微流体反应腔室58内洗掉可能干扰PCR或核酸检测的任何剩余组分。然后，洗涤缓冲液可继续通过系统50到达废物储存腔室60，并且可在例如PCR期间从微流体反应腔室58带走剩余废物组分。

接下来，例如包括预混液的位于或储存在第三流体腔室56中的第三流体输入可被驱动通过微流体反应腔室58。该预混液可以是干燥的（例如，冻干的）并且在被驱动或泵送通过微流体反应腔室58之前以缓冲液重构，或者可添加液体预混液。

可选地，另一输入可移动通过微流体反应腔室58并且可通过可选的输入63引入。可引入的用于PCR中的可选组分可以是空气。

在图2中所示的系统50中，图示了示例性微流体反应腔室58的剖视图。微流体反应腔室58可由基板62形成，该基板62可包括穿过其延伸的单个或多个输入或输出开口64。可使用开口64从微流体反应腔室58下方引入流体。

微流体反应腔室58还可包括或在内部设置有反应腔室回路66，例如半导体芯片。在图2中所示的示例中，反应腔室回路66被安装在基板62的顶部上。

盖70也可部分地形成或构成微流体反应腔室18，并且可被安装在基板62上，以在盖70和反应腔室回路66之间形成通孔82。流体输入可运行或被驱动通过通孔82。盖70可利用多个粘合剂部分68或任何其他合适的附接方式来附接到基板62。所示的粘合剂部分68可包括密封粘合剂或任何其他合适的粘合剂。

系统50可包括捕获区域72，其可被设置在微流体反应腔室58中，以便将核酸固定在微流体反应腔室58中，以便使用反应腔室回路66来扩增。捕获区域72可包括顺磁珠和/或磁体74。如所示，可包括磁体74，以便通过磁体74的选择性放置将核酸保持在指定位置。可被驱动通过微流体反应腔室58的重构Master Mix®组分用于从捕获区域72中的顺磁珠洗脱核酸，使得可检测核酸。

在示例性系统50中，泵76可用于使流体从流体腔室52、54和56移动并通过微流体反应腔室58。例如，泵76可以是热喷墨液滴喷射泵。泵76被示出为位于微流体反应腔室58的下游，但是也可替代地位于上游。还示出了排出驱动流体储存腔室78，其位于泵76的下游。

可关于图2来解释执行快速PCR的示例性方法。样品可被插入到流体腔室52中。可将试剂，例如裂解/结合缓冲液，或另外合适的一种或多种试剂引入到流体腔室52中的样品，以从样品中的目标生物提取核酸。例如，流体腔室52还可包含顺磁珠，并且核酸可被结合到微珠。试剂可使用表面化学物来保持微珠，与液体试剂的化学物一起工作，并且可促进核酸被吸附到微珠上。该试剂还可包括可从生物样品中释放核酸的化学裂解剂。替代地或附加地，可对试剂和样品施加外部热和/或机械力，以帮助裂解细胞膜。在第二流体腔室54中，冻干预混液可用重构缓冲液重构。

然后使用泵76将带有结合到顺磁珠或微珠上的DNA的流体腔室52中的裂解样品泵送通过微流体反应腔室58。带有DNA的微珠被捕获在腔室58中，而其他组分继续达到废物储存器60。接下来，重构的预混液被泵入到微流体反应腔室58中。然后，反应腔室回路66可检测该过程何时完成。一旦发生这种情况，就执行PCR以扩增微流体反应腔室58内包含的核酸。例如，反应腔室回路66可在PCR的热循环期间提供加热。然后，可用外部光学器件和/或通过处于反应腔室回路66上或微流体反应腔室58中其他地方的传感器来检测扩增核酸的存在。核酸可在PCR期间或在PCR完成之后实时检测。

顺磁珠的替代方案可以是非磁性二氧化硅或聚合物珠，其可被机械地捕获在微流体反应腔室58中，其中过滤部件处于或靠近输出开口。可替代地，DNA可被直接吸附到盖70、基板62、腔室58的硅等上，并且可潜在地用改性的表面化学物辅助，例如硅烷醇基团、抗体或寡核苷酸。

例如，溶解流体腔室52中的样品中的目标生物的替代方案是样品可被预裂解。作为另一种替代方案，样品可在被添加到系统50之前被预裂解并且还被预结合到珠。

图3示出了示例性PCR系统90的示意图。系统90包含与图2中的系统50相同的部件，它们相应地编号。上面对来自系统50的那些相同部分或部件的描述适用于系统90中的相应部分。然而，系统90与系统50的不同之处在于捕获区域72和磁体74的位置。可包括顺磁珠和磁体74的捕获区域72位于微流体反应腔室58的上游，处于毛细管80中或附近。

可被引入到第一流体腔室52（图3）中的样品的顺磁珠可被捕获在微流体反应腔室58的上游而不是腔室58内部。可针对顺磁珠使用过滤器或利用磁场来捕获这些珠。一些化学物可能不需要热来从这些珠洗脱核酸。例如pH值的通过液体中化学性质或组分的变化可能会从这些珠洗脱核酸。可替代地，重构的预混液可在其到达微流体反应腔室58的途中通过这些珠，并且可具有将核酸从这些珠洗脱的特性，并且随后可将核酸输送到微流体反应腔室58。

图4示出了示例性PCR系统100的示意图。类似于上述图2和图3中的系统50和90，系统100包括多个流体腔室102、104、106和可选的腔室108，该腔室108例如可包括空气。代替位于系统中的下游的泵，系统100包括多个泵，针对每个腔室102、104、106和108具有一个泵110、112、114和116。例如，该多个泵包括第一泵110、第二泵112、第三泵114和第四泵116。泵110、112、114、116可包括能够提供推力的泵，例如包括压电泵。附加地和/或替代地，泵110、112、114、116可以是热喷墨液滴喷射泵。

系统100包含与图2和图3中的系统50和90中类似的部件。多个毛细管118被示出为运送来自腔室102、104、106和108的流体输入。微流体反应腔室120被示出为具有盖122，该盖122安装在具有流体输入/输出开口128的基板124上，并且通过粘合剂部分126附接。示出了反应腔室回路130。通孔132形成在盖122和反应腔室回路130之间，流体可被驱动通过该通孔132，以便发生或执行PCR反应。捕获区域134可包括顺磁珠和磁体136，其中磁体136可包括在微流体反应腔室120内或与之相邻。驱动流体和废物储存腔室138可被包括系统100中的微流体反应腔室120的下游。上面对来自系统50和90的相同部分或部件的描述适用于系统100中的相应部分。

图5示出了具有多个微流体反应腔室的示例性PCR系统150的示意图。上面对系统10、50、90和100的相应部件的描述适用于系统150中的那些相应部分。

在系统150中，示出了四个流体腔室，它们是第一流体腔室152、第二流体腔室154、第三流体腔室156和第四流体腔室158。流体腔室152、154、156、158通过延伸到两个分开的微流体反应腔室162、164的多个毛细管160来连接。

在系统150中，存在多个微流体反应腔室，如图5中的第一微流体反应腔室162和第二微流体反应腔室164所示。如所示，系统150可包括：第二微流体反应腔室，其包括设置在其中的第二反应腔室回路；以及连接第二流体输入和第二微流体反应腔室的第二毛细管阀系统。尽管图5中示出了两个微流体反应腔室，但也预期了其他数量的微流体反应腔室。如所示，第一和第二微流体反应腔室162、164两者可共享某些相同的流体腔室，例如第一流体腔室152和第二流体腔室154。如此，第一微流体反应腔室和第二微流体腔室可被耦接到不同的相应试剂腔室和相同的样品腔室。第一流体腔室可容纳样品，该样品可包括裂解/结合缓冲液。例如，第二流体腔室154可容纳洗涤缓冲液。第三和第四流体腔室156、158可容纳预混液和重构缓冲液（或者在被驱动通过系统150之前混合的不同组分）。裂解的样品和洗涤缓冲液可在这两个微流体反应腔室162、164之间均匀分配。每个微流体反应腔室162、164可由共同的下游泵168并行驱动。可替代地，可使用上游泵或阀系统，如上文关于系统10所述。系统150还可具有废物储存腔室166。

然而，系统150中的每个微流体反应腔室162、164可具有其自己的预混液混合物供应，其可由第三和第四流体腔室156、158容纳。不同的预混液混合物允许每个微流体反应腔室162、164具有其自己独特的一组核酸靶标。例如，这可允许测试单个样品中的多种生物体的存在。在系统150中，为了防止意图用于第一微流体反应腔室162的预混液混合物被输送到第二反应微流体腔室164，并且反之亦然，可施加平衡压降。

图6示出了用于本文描述的系统中的示例性微流体反应腔室200的透视图。如所示，盖202可被附接到基板204或安装在基板204上，并且可将反应腔室回路206封闭在形成于反应腔室回路206和盖202之间的通孔208中。通孔208用于允许PCR中的组分或流体流过或被驱动通过微流体反应腔室200，所述组分或流体具有如上文关于本文描述的系统所描述的那些示例。捕获区域210处于微流体反应腔室200内部。顺磁珠、磁体和/或过滤器可包括捕获区域210。例如，可放置磁体。示出了输入/输出开口212，但也预期了这种开口的其他替代数量和位置。例如，对上面在图1和图2中示出和描述的系统中的微流体反应腔室的部件的描述适用于微流体反应腔室200中的相应部件。

图7示出了微流体反应腔室250的剖视图，该微流体反应腔室250可被包括在本文所述的某些示例性系统或任何其他合适的PCR系统中。例如，微流体反应腔室250可由安装或附接到反应腔室回路254或半导体的盖252形成。反应腔室回路254可包括穿过其延伸的单个开口，或者可替代地，包括穿过其延伸的多个输入和输出开口256。可使用反应腔室回路254中的输入开口256从微流体反应腔室250下方引入流体。可替代地，开口262或盖252中的开口可用于流体组分的引入或流出。如本文所论述的，还可包括捕获区域260，其可包括或包含顺磁珠和磁体。例如，通孔258可以是盖252和反应腔室回路254之间的空间或开口。

图8示出了示例性PCR系统300的示意图。上面对系统的部分或部件的描述适用于系统300中的相应部分。在系统300中，示出了三个流体腔室302、304、306，但也预期了其他数量的流体腔室。流体腔室（分别为第一、第二和第三）302、304、306内的流体输入可按照任何合适的顺序添加以用于PCR。流体或流体输入可被驱动或移动通过在流体腔室302、304、306和微流体反应腔室316之间延伸的多个毛细管314。腔室302、304、306中的流体或流体输入可通过第一、第二和第三阀308、310、312来释放或驱动到微流体反应腔室316中，该第一、第二和第三阀308、310、312对大气开放，可按顺序被打开和关闭，并且位于上游。流体输入可由泵驱动（在与图1相关的论述中说明）。系统300的其余部分，包括微流体反应腔室316，可包括与本文描述的其他系统中的那些部件类似的部件。微流体反应腔室316包括附接到或安装到基板320的盖328，其中反应腔室回路322安装到基板320。盖328和反应腔室回路322在它们之间形成通孔326，流体输入可被驱动通过该通孔326。捕获区域324位于微流体反应腔室316内，并且示出了磁体330。废物储存腔室334位于微流体反应回路316的下游。如本文所论述的，粘合剂327可将盖328固定到基板320。更进一步地，可使用泵336从腔室302、304、306驱动流体。

在示例性微流体反应回路中，微流体反应腔室可由安装或附接到基板以及反应腔室回路或半导体芯片的盖形成，例如，该反应腔室回路或半导体芯片被嵌入或部分地嵌入基板的一部分中。反应腔室回路可通过基板的制造来包覆模制。将反应腔室回路嵌入基板中可消除使用反应腔室回路到基板的粘合剂附接（例如，图8中所示的327）。

图9示出了示例性PCR系统350的示意图。在系统350中，样品352被插入到样品输入腔室354中。如本文上面所述，该样品例如可以是拭子、血液、尿液、痰、组织、唾液、粪便等。当样品输入腔室354被关闭或在样品插入后自密封时，内部密封阀356、358、360可根据需要被打开或关闭。然后，可并行地或顺序地致动第一柱塞362和第二柱塞364。第一柱塞362可被致动，以促使裂解/结合缓冲液从裂解/结合缓冲液腔室366进入到样品输入腔室354中。第二柱塞364可被致动，以促使来自重构缓冲液腔室368的重构缓冲液与容纳预混液的腔室380中的冻干预混液混合，并且将洗涤缓冲液从洗涤缓冲液腔室370装载到系统350的流体网络中。密封阀356、358、360、顺序阀372、374、376和旁通阀378可通过机构中的相同运动并行或顺序地致动，以例如将流体排出到微流体反应腔室384中用于PCR。下面关于图10A-E更详细地描述柱塞362、364可如何平移储存的液体。

作为化学裂解的替代，可在系统350中执行其他裂解。一些示例包括但不限于通过热的裂解以及例如通过样品的超声位移的机械裂解，以及其他示例。

在系统350中，下游的泵382牵引裂解的样品通过多个毛细管383和微流体反应腔室384。例如，泵382可以是热注射液滴喷射泵或压电泵。微流体反应腔室384可包括本文所述的那些腔室或本文所述的那些腔室的合适替代方案中的任何一个。在微流体反应腔室384中，盖386使用粘合剂部分390来安装到基板388上，但也预期了其他安装方法。反应腔室回路392可至少部分地被盖386和基板388包围，从而在它们之间留下通孔394，以允许裂解的样品和缓冲液混合物通过微流体反应腔室384。输入/输出开口396可用于允许裂解的样品和缓冲液混合物流入到通孔394中。

例如，捕获区域397可被包括在微流体反应腔室384中，并且可包括将核酸固定在微流体反应腔室384内的特征。作为非限制性示例，顺磁珠可结合到被紧邻捕获区域397的磁体398所产生的磁场捕获的核酸。剩余的流体和组分继续通过系统350到达废物腔室399。

例如，泵382还可拉动洗涤缓冲液通过微流体反应腔室384，以便清除微流体反应腔室384中可能干扰核酸扩增反应或核酸检测的组分。然而，某些洗涤缓冲液可能干扰核酸扩增，使得来自反应腔室回路392的附加的热可能会加速蒸发和随后蒸发的洗涤缓冲液。

系统350的致动顺序例如可通过对系统350的流体输入区域的每个分支上游的顺序阀372、374、376的致动编程来实现。流体输入区域的三个分支是图9中所示的分支，包括：第一分支，其包括与样品/裂解缓冲液腔室366和样品输入腔室354相关联的腔室和毛细管；第二分支，其包括与重构缓冲液腔室368和反应腔室380相关联的腔室和毛细管；以及第三分支，其包括与洗涤缓冲液腔室370相关联的腔室和毛细管。顺序阀372、374、376可被编程为允许系统350中的空气。每个分支的毛细管气泡吸入压力的差异，与高毛细管气泡压力孔口（例如，过滤器）配对，可作为允许序列中的下一个分支开始的流动止挡件。

下游的是泵382还将重构的预混液拉入到微流体反应腔室384中。在微流体反应腔室384中，例如在反应腔室回路上，可存在至少一个传感器（未示出），该传感器可检测微流体反应腔室384何时充满预混液，然后向下游的泵382发出信号以停止。例如，微流体反应腔室384可容纳1-10微升的流体。在达到微流体反应腔室384内的预混液的阈值体积和/或流体的阈值体积时，泵382可停止将重构的预混液拉入到微流体反应腔室384中。

用于核酸扩增的报道分子可被实时或接近实时地光学或电化学地感测，例如通过微流体反应腔室中的传感器。这些传感器可位于半导体芯片或反应腔室回路上。附加地和/或替代地，报道分子可在板外或芯片外光学地感测，这意味着传感器不位于反应腔室回路上。例如，报道分子可通过玻璃盖光学感测，该玻璃盖在组成和设计上可与盖386类似。

图10A-E示出了用于重构冻干试剂的示例性柱塞400，以及柱塞400可如何在PCR系统中起作用，所述PCR系统例如图9的系统350。图10A标记了柱塞400的部件和可能处于柱塞400中的试剂或流体。在柱塞400的顶部处开始，柱塞杆402从柱塞400的顶部外延伸穿过密封柱塞400的内容物的杆密封件404，到达柱塞400内部。柱塞杆402的处于柱塞400内部的底端包含柱塞止挡件406，该柱塞止挡件406可推动柱塞400中的某些试剂或其他流体。柱塞止挡件406可具有合适的直径，其允许柱塞止挡件406抵靠柱塞400的内圆柱壁424装配并滑动。

例如，处于柱塞止挡件406和旁路止挡件410之间的是重构缓冲液408，该旁路止挡件410也抵靠柱塞的内壁装配。然而，柱塞400被预期包含其他试剂或流体。在旁路止挡件410下方是旁路特征412。冻干试剂414可位于旁路特征412下方的下部腔室422中。输出开口416可处于柱塞400的底部处或附近。空气交换通道418可在柱塞400的下部部分与杆密封件404和柱塞止挡件406之间的上部部分之间延伸并向上延伸到该上部部分中。例如，在杆密封件404和柱塞止挡件406之间，存在可选的储存腔室420，以用于空气或用于保持冻干试剂干燥的干燥剂。

图10B示出了处于起始位置的柱塞400。图10C（用箭头）示出了被向下推的柱塞杆402。重构缓冲液可以是不可压缩的液体，于是当被杆密封件404压缩时，其推动旁路止挡件410。因此，随着柱塞杆402被向下压，杆密封件对重构缓冲液408施加压力，该重构缓冲液408类似地对旁路止挡件401施加压力。当压力被施加于旁路止挡件410时，旁路止挡件410朝向旁路特征412向下移动柱塞400的长度。空气从柱塞400的底部并通过空气交换通道418被吸回到储存腔室420，但是一些空气仍将会离开出口开口416。在一些示例中，在插入操作期间排气口可位于下游，例如位于图12中的密封件530处的排气口。这样的排气口可允许整合用于图12中的系统450的背压气泡阀并且具有用于干燥剂的位置（在图12A中图示为426）。图10D示出了当旁路止挡件410到达旁路特征412时，允许液体（在该示例中为重构缓冲液）绕过止挡件410并到达冻干试剂414。图10E示出了随着柱塞杆402的持续位移，液体重构缓冲液408将被促动到具有干燥的冻干试剂414的下部腔室422中，并将润湿冻干试剂414。

示例性旁路特征412是柱塞400的内圆柱壁424中的开口，当旁路止挡件410被向下推动靠近旁路特征412时，该开口将允许流体围绕旁路止挡件410的弹性体密封件流动。另一示例性旁路特征412是柱塞400的内圆柱壁424上的肋，当旁路止挡件410被向下推动与旁路特征412相邻时，该肋可局部提升旁路止挡件410的密封件，以允许流体流过开口流入到下部腔室422中。还设想了其他示例性旁路特征。

图11A-C示出了用于将裂解/结合缓冲液添加到样品的示例性柱塞450以及柱塞450可如何在PCR系统中起作用，所述PCR系统例如图9的系统350。图11A标记了柱塞450的部件和例如可处于柱塞450中的试剂或流体。在柱塞450的顶部处开始，柱塞杆452从柱塞450的顶部外延伸穿过密封柱塞450的内容物的杆密封件454，到达柱塞450内部。柱塞杆452的处于柱塞450内部的底端包含柱塞止挡件456，该柱塞止挡件456可推动柱塞450中的某些试剂或其他流体。柱塞止挡件456可具有合适的直径，其允许柱塞止挡件456抵靠柱塞450的内圆柱壁476装配并滑动。

在柱塞止挡件456和旁路止挡件460之间可以是裂解/结合缓冲液408，该旁路止挡件460也抵靠柱塞450的内壁装配。在旁路止挡件460下方可以是旁路特征462。空的下部腔室464可位于旁路特征462下方。输出通道466可位于柱塞450的底部附近，该输出通道466被连接到样品输入腔室468。如所示，样品拭子470可被装入到样品输入腔室468中。空气交换通道472可在样品输入腔室468的顶部和柱塞450的上部腔室474之间延伸。

图11A示出了柱塞450的起始位置。图11B（用箭头）示出了被向下推的柱塞杆452。裂解/结合缓冲液是不可压缩的液体，其于是推动旁路止挡件460。空气通过出口通道466从下部腔室464中被推出到样品输入腔室468中。图11C示出了当旁路止挡件460到达旁路特征462时，允许液体绕过止挡件460并到达下部腔室464，并且通过出口通道466移出到样品输入腔室468中。样品拭子470可被浸入裂解/结合缓冲液中。然后，将具有溶解或悬浮在缓冲液中的样品的缓冲液被推出最终输出通道478并被推动到微流体反应腔室。

示例性旁路特征462可以是柱塞450的内圆柱壁476中的开口，当旁路止挡件460被向下推动靠近旁路特征462时，该开口将允许流体围绕旁路止挡件460的弹性体密封件流动。另一示例性旁路特征462是柱塞450的内圆柱壁476上的肋460，当旁路止挡件被向下推动与旁路特征462相邻时，该肋可局部提升旁路止挡件460的密封件，以允许缓冲液流过开口流入到下部腔室464中。

图12A示出了示例性PCR系统500，其包括用于重构冻干试剂的柱塞（图10A-E中的柱塞400）和用于将裂解/结合缓冲液添加到样品的柱塞（图11A-C中的柱塞450）两者。上面对柱塞400、450两者的描述适用于系统500并且将不再关于图12A重复。

系统500包括柱塞450，以将样品引入到微流体反应腔室508。然而，图12A中的示例性柱塞450包括附加部件，其是柱塞450和样品输入腔室468之间的过滤器流动止挡件480。用于重构冻干试剂的示例性柱塞400还包括图12A中的附加部件。背压起泡器428被连接到柱塞400。柱塞400和450以及洗涤缓冲液腔室501可通过多个毛细管502来连接到微流体反应腔室508。隔离密封件430、480、506可位于两个柱塞400、450和洗涤缓冲液腔室501以及微流体反应腔室508之间。

所示的示例性微流体反应腔室508包括具有输入开口522的基板510，通过该输入开口522来接收来自两者柱塞400、450和洗涤缓冲液腔室502的流体。对本文描述的其他示例性微流体反应腔室的对应部件的描述适用于图12A的微流体反应腔室508。微流体反应腔室508包括使用粘合剂部分518来安装到基板的盖512。包括反应腔室回路514，并且在盖512和反应腔室回路514之间形成通孔516。PCR在微流体反应腔室508中进行。捕获区域（不可见）可被包括在微流体反应腔室508中。磁体520也可定位成与捕获区域相邻。废物流体可移过输出开口524并通过毛细管526运行到废物储存和驱动流体腔室528。废物和驱动流体可流过热喷墨液滴喷射器532并且可被喷射到吸收器534中。

图12B示出了PCR系统500的另一示例，其包括用于重构冻干试剂的柱塞（图10A-E中的柱塞400）、用于将裂解/结合缓冲液添加到样品的柱塞（图11A-C中的柱塞450）以及用于洗涤缓冲液的柱塞501。上面对柱塞400、450两者的描述适用于系统500并且将不再关于图12B重复。可被添加到系统500的附加部件包括可添加到柱塞450的背压起泡器489和用于洗涤缓冲液腔室501的背压起泡器493。另外，连接到柱塞400的背压起泡器491可被修改，并且沿柱塞400向下位于中间，而不是处于柱塞400的底部处（如所示）。在各种示例中，背压起泡器可按照有序的序列操作。例如，背压起泡器489可在该序列中首先操作，然后背压起泡器493可操作，并且第三，背压起泡器491可操作。

图13示出了用于检测RNA的示例性两步逆转录PCR系统550的示意图。上面对系统的部分或部件的描述适用于系统550中的相应部分。在系统550中，示出了四个流体腔室552、554、556、558，但也预期了其他数量的流体腔室。第一流体腔室552可包括干燥预混液和重构缓冲液。第二流体腔室554可包括样品、裂解/结合缓冲液和顺磁珠。第三流体腔室556可包括洗涤缓冲液。第四流体腔室558可包括具有适合于逆转录的化学物的干燥预混液的供应以及重构缓冲液，其中第四流体腔室558与用于PCR的其他流体输入分开。流体腔室552、554、556、558内的流体输入可被驱动或移动通过在流体腔室552、554、556、558和微流体反应腔室562之间延伸的多个毛细管560。流体输入还可由系统550中下游的泵582驱动。系统550的其余部分，包括微流体反应腔室562，可包括与本文描述的其他系统中的那些部件类似的部件。微流体反应腔室562包括附接到或安装到基板564的盖568，其中反应腔室回路570安装到基板564。盖568和反应腔室回路570在它们之间形成通孔572，流体输入可被驱动通过该通孔572。捕获区域576位于微流体反应腔室562内，并且示出了磁体578。废物储存腔室580位于微流体反应回路562的下游。

在图13中所示的方法中，在将裂解的样品从流体腔室554排出之后，第四流体输入可首先被引入到微流体反应腔室562中（例如，从第四流体腔室558）并在微流体反应腔室562中培育，以由裂解的样品产生互补DNA（cDNA）。当具有适合于逆转录的化学物的重构预混液从微流体反应腔室562被清除到废物储存腔室580时，来自第一流体腔室552的第二预混液重构物被引入到微流体反应腔室562中。然后，微流体反应腔室562中的cDNA经历PCR。

用于检测RNA的逆转录PCR的另一示例性方法是一步法。该一步法可利用例如图2的系统50，并且将关于该图来描述。在示例性方法中，可将顺磁珠添加到裂解/结合缓冲液，该裂解/结合缓冲液在将样品引入到微流体反应腔室58之前被添加到流体腔室52中的样品。顺磁珠的表面化学物可被设计成捕获RNA。流体腔室54中的预混液可包括逆转录酶，以在微流体反应腔室58中的附加加热步骤期间将RNA转化成cDNA。将RNA转化处cDNA的步骤可在用于扩增和检测cDNA的PCR之前进行。

本文描述的示例性系统可使用不同的生物化学过程来处理RNA和DNA靶标两者。示例性系统可适应利用温度之间的多次循环（例如，热循环）的生物化学过程，例如逆转录PCR（RT-PCR）、PCR和定量PCR（qPCR）。示例性系统还可与等温生物化学过程兼容，例如环介导等温扩增（LAMP）、重组酶聚合酶扩增（RPA）、解旋酶依赖性扩增（HDA）和切口酶扩增反应（NEAR）。

图14A示出了从可在其中执行微流体PCR的示例性盒600的顶部观察的透视图。例如，本文所述的任何系统的部件可被收容在盒600中，并且本文所述的任何PCR方法可在盒600中执行。在图14A中可见盒600的壳体或主体602。此外，具有端口盖606的样品输入端口604处于关闭位置。图中还可看到柱塞锁定杆608。尽管图上未指示，但在主体602中可存在单个或多个填充端口。

图14B示出了从图14A中的盒600的顶部观察的第一透视剖视图。样品输入端口604处于打开位置，准备好接受样品或样品拭子。柱塞锁定杆608是可见的。此外，示出了柱塞610。存在柱塞试剂储存系统612和热喷墨驱动流体储存器614。

图14C示出了盒600的透视底视图。如所示，该盒可包括电互连件616。此外，盒600还包括通向内部PCR反应腔室的光学通路618和吸收器壳体620。

图14D示出了盒600的透视、剖视、底视图。如所示，盒600可包括电子封装件622和印刷电路板（PCB）624。另外，如本文所述，可存在微流体反应腔室626。电子封装件622、PCB624和微流体腔室626可共同包括热喷墨打印头628。在各种示例中，热喷墨打印头628可包括安全芯片630，其可处于封装之下。

图15A示出了示例性热喷墨打印头643的分解图，其图示为图14D中的盒600的628。从图的底部开始，示出了磁体632，其可利用或可不利用屏蔽（未示出）。在磁体632上方是基板634，其可包括穿过其的多个开口636，这些开口636可用作例如输入/输出开口。如所示，在基板634上方可以是膜粘合剂638。例如，膜粘合剂638可以是压敏粘合剂（PSA）。在膜粘合剂638上方可以是PCB 624。PCB 624可包括用于热循环和感测的硅芯片642。可包括安全芯片630。可包括多个盖646。例如，示出了粘合剂部分648，其可被包括以将PCB 624安装在基板634上。

图15B示出了图14A-D的盒600的分解图。从底部附近开始是包覆模制的歧管652，其收容图15A的部件。例如，芯片封装件603可附接在歧管652下方，并且可用螺钉或型锻柱（swage post）656附接。例如，可包括护罩658，其可包括用于喷射的驱动流体的吸收器。例如，护罩658可使用型锻柱660来附接到歧管652。样品输入端口盖606可位于歧管652上。盒600的主体602可处于歧管652上方。如本文所论述的，收容在主体602中的是带有止挡件的多个柱塞610。还示出了围绕每个柱塞的外端延伸的多个密封件662。示出了两个一次性阀664（或止挡件）以及两个起泡器止挡过滤器666。扭力弹簧668也可被包括在主体602中以保持柱塞610。

在主体602上方示出了过滤器670，并且随后是用于驱动流体的泡沫672。废物吸收器674被示出在泡沫672上方，并且盖676被示出在废物吸收器674上方。可包括多个球起泡器678（示出了三个）。标签680可为最顶部的部件，如图15B中所示。

图16是盒600的一部分的特写视图。示出了微流体反应腔室644，其可为例如约2.5微升和19mm长，但也预期了其他尺寸或测量结果。示出了永磁体632，其可包括金属屏蔽（未示出）。在图16中所示的示例中，来自流体腔室的流体可通过输入开口645（例如，由歧管649和基板651的壁限定的孔）进入微流体反应腔室644，并且通过输出开口647（例如，由歧管649和基板651的壁限定的孔）离开微流体反应腔室644。微流体反应回路653可加热从流体输入开口645传递到流体输出开口647并在盖655下方通过的流体。如本文其他地方所论述的，流体可通过在微流体反应回路653和盖655之间形成的通孔。如本文所论述的，粘合剂或其他锚定设备657可将盖655固定到基板651。

图17A-E示出了盒600的主体602部分的剖视图，其中柱塞（示出了五个）处于通道或试剂腔室中，该柱塞可按照示例性柱塞序列被致动。柱塞（800、802、804、806和808）可用于由盒600执行的示例性PCR反应中。图17A是示例性PCR反应中盒600的示例性起始位置。在图17A的顶部处开始，示出了第一流体腔室700，其例如可包括洗涤缓冲液。多个中的第一柱塞800被示出为可滑动地接收在具有第一流体腔室700的第一通道850中。第二柱塞802可滑动地接收在第二通道852中。也处于第二通道852中的是第二流体腔室702，其可包括例如待与第一冻干预混液704混合的重构缓冲液。示出了第三通道854，其可滑动地接收第三柱塞804。例如，第三通道854可以是排气口。示出了第四通道856，其可滑动地接收第四柱塞806。此外，在第四通道856中可以是第三流体腔室708，其可包括例如重构缓冲液和第二冻干预混液。第五通道858可滑动地接收第五柱塞808。也在第五通道858中的可以是第五流体腔室710，其可包括裂解/结合缓冲液。第五通道858还可通过样品输入端口604接收样品或样品拭子。

图17B示出了示例性柱塞序列中的下一步骤，其可以是示例性序列中的五个步骤中的第二个。如所示，第二流体腔室702和可包含冻干预混液的第四流体腔室708可以是未密封的。图17C示出了第三步骤，其可包括（用第一柱塞800）将洗涤缓冲液从第一流体腔室700推入到第一密封件失效特征712中，这可能损害洗涤缓冲液密封。此外，第二流体腔室702和第四流体腔室708两者中的重构缓冲液可被第二和第四柱塞（分别为802、806）沿第二和第四通道（分别为852、856）中推动。而且，结合缓冲液密封件可被第五柱塞808推入到第五通道858中的第二密封件失效特征714中。

图17D示出了序列中的第四步骤。用于收容重构缓冲液的第二和第四流体腔室（分别为702、708）的密封件受到损害。第一通道805中的洗涤缓冲液被柱塞800推入到可为流体腔室700的一部分的第二腔室701中。第五通道858中的结合缓冲液可被柱塞808推动经过密封件并最终进入到样品输入腔室716中。

图17E示出了用于示例性PCR反应中的序列中的最终柱塞位置。来自第一流体腔室700的洗涤缓冲液可被装载到微流体反应腔室（未示出）中。在第二流体腔室702中，重构缓冲液可被推入到冻干预混液中。第三通道854中的排气口可在柱塞致动期间储存驱动流体和过量空气。该排气口可被密封。在第四流体腔室706中，重构缓冲液可被推入到冻干预混液中。在样品输入腔室716中，裂解/结合缓冲液可与样品混合。

图18A-D示出了将样品装载到盒600中的方法中的示例性步骤的透视图。在图18A中，样品端口盖606被示出为处于暴露样品输入端口604的打开位置。可包括样品部分902和手柄部分904的样品拭子900被示出为紧邻盒600。在图18B中，样品部分902被插入到样品输入端口604中。在图18C中，样品拭子900的手柄部分904被示出为向上移动，以便将手柄部分904从样品部分902折断，该样品部分902处于盒600内。图18D示出了关闭的样品端口盖606，其将样品拭子900的样品部分902封闭到盒600的样品输入腔室716中。关闭样品端口盖606可开始诸如关于图17A-E所描述的过程。

将描述PCR的示例性方法，例如图12A-12B3中所示的可使用如前图中所示的盒600的方法。样品可被置于封闭或自密封的样品输入腔室716（图18D）中。样品端口盖606可被关闭。当样品端口盖606关闭时，内部密封阀可打开或关闭。然后，可致动盒600中的平行柱塞（800、802、808），以促使裂解/结合缓冲液进入到样品输入腔室716中，并促使重构缓冲液与冻干预混液混合，并将洗涤缓冲液装载到流体网络中。这些阀和柱塞可被并行或顺序地致动。例如，柱塞和内部阀可通过如下方式来致动，即：通过由用户密封样品输入腔室716，通过由用户将盒600锁入到另一仪器（例如，接收设备）中，通过仪器中的机械致动器，或通过将盒600机动装载到仪器中。机械致动器的示例可包括从核酸扩增盒中的致动电路接收致动信号。类似于图10A-E和图11A-C中所示的那些柱塞的柱塞可在湿体积和干体积之间平移储存的液体408和弹性止挡件410、460，直到诸如柱塞内壁中的槽或突起或者旁路路径之类的特征使密封失效并允许液体绕过弹性密封件。

可执行样品中的细胞的化学裂解，并且提取的核酸可结合到顺磁珠。并行地，可重构预混液。可替代地，裂解可利用热或机械地执行，例如通过样品的超声位移。然后，下游泵可牵引裂解的样品通过微流体反应腔室。然后，可通过磁场捕获带有结合的核酸的顺磁珠。其余的组分随后可继续到达废物腔室。然后，下游泵可牵引洗涤缓冲液通过微流体反应腔室，以清除腔室中可能干扰核酸扩增反应或核酸检测的组分。接下来，泵可将重构预混液（其包含用于核酸扩增和检测的化学组分）引入到微流体反应腔室中。反应腔室回路上的传感器可检测腔室何时充满预混液，并且它可向下游泵发出信号以停止。接下来，可通过热循环流体使用PCR来扩增核酸。由于小的微流体体积、化学组分浓度以及来自硅芯片的热加热效率，PCR可在不到五分钟内完成。可通过反应腔室回路上的传感器实时或接近实时地光学或电化学地感测靶核酸的报道分子。可替代地，报道分子可通过例如玻璃盖在机外光学地感测。

在一些示例中，微流体装置可包括惯性泵，以主动地移动流体通过微流体通道。惯性泵可包括流体致动器，例如压电元件或热电阻器。流体致动器可通过移动压电元件或使流体沸腾以形成蒸汽泡来使流体移位。

如本文所使用的，术语“样品”通常是指任何生物材料，无论是天然存在的还是科学工程设计的，其包含至少一种核酸，该核酸还可包括其他非核酸材料，例如生物分子（例如，蛋白质、多糖、脂质、低分子量酶抑制剂、寡核苷酸、引物、模板）、聚丙烯酰胺、痕量金属、有机溶剂等。天然存在的样品或混合物的示例包括但不限于全血、血浆和其他体液，以及从人、植物或动物获得的组织细胞培养物。科学工程设计的样品或混合物的示例包括但不限于：裂解物；从琼脂糖和/或聚丙烯酰胺凝胶洗脱的核酸样品；含有多个物种的核酸分子的溶液，这些核酸分子来自核酸扩增方法，例如PCR扩增或逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）扩增，或者来自RNA或DNA大小选择程序；以及由测序后反应产生的溶液。然而，样品通常将是生物样品，其可包含任何病毒或细胞材料，包括所有原核或真核细胞、病毒、噬菌体、支原体、原生质体和细胞器。因此，这样的生物材料可包括所有类型的哺乳动物和非哺乳动物的动物细胞、植物细胞、包括蓝绿藻的藻类、真菌、细菌、原生动物等。因此，代表性样品包括全血和血液衍生产品，例如血浆、血清和血沉棕黄层、尿液、粪便、脑脊液或任何其他体液、组织、细胞培养物、细胞悬浮液等。样品可包括裂解物。样品还可包括相对纯的起始材料，例如PCR产物，或通过其他核酸回收过程获得的半纯制剂。

在本说明书和所附权利要求中，术语“流体”意在被广泛地理解为在施加的剪切应力下不断变形（流动）的任何物质。在一个示例中，流体包括分析物。在另一个示例中，流体包括试剂或反应物。在另一个示例中，流体包括分析物和试剂或反应物。在再一个示例中，流体包括分析物、试剂或反应物等。另外，在本说明书和所附权利要求中，术语"分析物"意在被理解为可放置在微流体诊断芯片（MDC）中的流体内的任何物质。在一个示例中，分析物可以是流体内的任何构成物质，例如但不限于动物或人的血液、动物或人的尿液、动物或人的粪便、动物或人的粘液、动物或人的唾液、酵母或抗原等。此外，如本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“病原体”意在被理解为可产生疾病的任何物质。在一个示例中，病原体可在如上所述的任何流体中找到。另外，在本说明书和所附权利要求中，术语“试剂”意在被理解为被添加到系统以便引起化学反应或者被添加以观察反应是否发生的物质或化合物。反应物意在被理解为在化学反应的过程中被消耗的物质。

举例说明取向的术语，例如上/下、左/右、顶/底和上方/下方，在本文中可用于指代如图中所示的元件的相对位置。应当理解的是，该术语仅用于标写方便，并且在实际使用中，所公开的结构的取向可能与图中所示的取向不同。因此，不应以限制性的方式来解释这些术语。

技术人员将认识到，除非另有说明，否则如说明书（包括权利要求）中使用的各种术语意味着本领域中的普通含义。如本文所用的，术语“包含”、“包括”、“具有”、“拥有”、“能够”、“可”、“含有”及其变体旨在为不排除附加动作或结构的可能性的开放式过渡短语、术语或用语。单数形式“一种”、“一个”和“所述”包括复数个指代物，除非上下文另有明确指示。本公开还考虑了其他示例“包括有”本文呈现的示例或元件、“由其组成”和“基本上由其组成”，无论是否明确阐述。

作为附加示例，本说明书描述和/或图示了借助于各种结构对于实现所要求保护的公开有用的方面，所述结构例如被选择或设计成执行特定动作或功能的回路或电路，如可在附图或相关论述中认识到的，如通过或使用诸如块、模块、装置、系统、单元、控制器和/或其他示例的术语所描述的。还将会理解的是，这些块中的某些块也可组合使用来说明如何设计、布置操作方面（例如，步骤、功能、活动等）的示例。无论是单独的还是与其他这样的块（或者包括例如晶体管、电阻器之类的分立电路元件的电路）组合，这些上述表征的块可以是通过固定设计和/或通过（重新）配置电路（例如，CPU/逻辑阵列/控制器）配置/编码的回路和/或执行此类操作方面的相应结构的用于此目的的电路元件。在某些示例中，这样的可编程电路是指或包括一个或多个计算机电路，包括存储器电路，该存储器电路用于存储和访问待作为指令访问/执行的一组程序代码，和/或（重新）配置数据，以执行相关操作，如以执行单步或更复杂的多步算法的形式可能需要的。根据数据处理应用，这样的指令（和/或配置数据）可被配置为用于在逻辑电路中实现，其中指令（通过固定电路、有限的配置代码组，或以目标代码、固件和/或软件的方式表征的指令）可存储在存储器（电路）中并可从存储器（电路）访问。

作为另一示例，在说明书中可能提到“第一[结构类型]”、“第二[结构类型]”等的情况下，其中[结构类型]可能被替换为诸如回路、电路之类的术语，形容词“第一”和“第二”不用于暗示对该结构的任何描述或提供任何实质性含义；相反，此类形容词仅用于英语先行词，以将一个此类名称相似的结构与设计或编码成执行或实施与该结构相关的操作的另一个名称相似的结构区分开（例如，“用于转换…的第一电路”被解释为“用于转换…的电路”）。

基于上述论述和说明，本领域技术人员将容易地认识到，可在不严格遵循本文说明和描述的示例性示例和应用的情况下，对各种示例进行各种修改和改变。例如，图中例示的方法可涉及以各种顺序执行的步骤，其中保留本文示例的一个或多个方面，或者可涉及更少或更多的步骤。例如，可执行比关于图17和图18描述的那些步骤更多或更少的步骤。这样的修改不脱离本公开的各个方面、包括权利要求中阐述的方面的真实精神和范围。