[發(fā)明專利]快速熱循環(huán)儀

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310412286.X
• 申請(qǐng)日: 2007-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN103525697A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丹文·R·羅伯茨;威廉·D·比克莫爾;賈里德·S·赫梅爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 戴克斯納有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C12M1/38
• 分類號(hào): C12M1/38;C12M1/34
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 彭鯤鵬;盧蓓

本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00780036554.5的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)PCT/US2007/018946的中國(guó)國(guó)家階段申請(qǐng)。

相關(guān)申請(qǐng)：本申請(qǐng)要求臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?0/824027的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)名為“快速熱循環(huán)儀(Rapid?Thermal?Cycler)”，于2006年8月30日提交，并以參考方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明領(lǐng)域：本發(fā)明屬于用于實(shí)施聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)的熱循環(huán)儀領(lǐng)域。

背景技術(shù)

相關(guān)技術(shù)：多種工業(yè)、技術(shù)及研究應(yīng)用利用熱循環(huán)來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，如化學(xué)或生化反應(yīng)或者分析應(yīng)用。

分子生物學(xué)領(lǐng)域中利用熱循環(huán)的一個(gè)重要工具是稱為“聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”(PCR)的方法。PCR從遺傳物質(zhì)的少量樣品產(chǎn)生出大量的遺傳物質(zhì)。這很重要，因?yàn)閷?duì)遺傳物質(zhì)的少量樣品進(jìn)行測(cè)量或分析或?yàn)槿魏螌?shí)際目的使用都可能是困難的或昂貴的，而通過PCR擴(kuò)增方法產(chǎn)生大量所需遺傳物質(zhì)的能力使人們能進(jìn)行重要的活動(dòng)，例如鑒定樣品中特定的遺傳物質(zhì)，或者測(cè)定存在多少遺傳物質(zhì)，或者產(chǎn)生足以用作其他應(yīng)用中組分的遺傳物質(zhì)。

PCR過程是在含有用于DNA復(fù)制的以下組分的小反應(yīng)管中進(jìn)行的：待復(fù)制的DNA、裝配起來以形成DNA的四種核苷酸、稱為“引物”的兩種不同的合成DNA(每種用于DNA互補(bǔ)鏈中的一條)和稱為DNA聚合酶的酶。

DNA是雙鏈的。PCR過程以將DNA的兩條鏈分離成各個(gè)互補(bǔ)鏈開始，這一步驟稱為“變性”。它通常是通過將PCR反應(yīng)混合物加熱至約94至96攝氏度的溫度并持續(xù)幾秒至超過一分鐘的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的。

一旦DNA被分成單鏈，就將混合物降溫至約45至約60攝氏度(通常選擇成低于引物解鏈溫度約5度)以允許引物結(jié)合到混合物中DNA的每條相應(yīng)單鏈上。此步驟通常稱為“退火”。退火步驟通常需要幾秒鐘到幾分鐘不等。

接下來，將反應(yīng)管加熱至約72至73攝氏度，在此溫度下，反應(yīng)混合物中的DNA聚合酶通過向引物添加核酸的方式在單鏈上建立DNA的第二條鏈，以形成與原始DNA鏈完全相同的雙鏈DNA。此步驟通常稱為“延伸”。延伸步驟通常需要幾秒鐘至幾分鐘來完成。

這一系列的三個(gè)步驟(有時(shí)也稱為“階段”)定義了一個(gè)“循環(huán)”。一個(gè)PCR循環(huán)的完成導(dǎo)致反應(yīng)管中DNA的量倍增。重復(fù)一個(gè)循環(huán)導(dǎo)致反應(yīng)管中DNA的量再次倍增。通常這一過程重復(fù)多次，如10-40次，產(chǎn)生大量相同的DNA片段。進(jìn)行20個(gè)循環(huán)產(chǎn)生原始DNA樣品的超過一百萬個(gè)拷貝。進(jìn)行30個(gè)循環(huán)產(chǎn)生超原始DNA樣品的過十億個(gè)拷貝。“熱循環(huán)儀”用于使在需要的時(shí)間在需要的溫度之間移動(dòng)反應(yīng)管的過程自動(dòng)化。

當(dāng)使用常規(guī)設(shè)備時(shí)，進(jìn)行約30個(gè)循環(huán)可能需要約3個(gè)小時(shí)。由于完成每個(gè)PCR步驟之間溫度變化所花費(fèi)的時(shí)間以及在每個(gè)目標(biāo)溫度下停留的時(shí)間，所以需要這樣的時(shí)間量。

發(fā)明內(nèi)容

盡管能夠在幾小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生一百萬以上的拷貝是分子生物學(xué)領(lǐng)域中極其重要的進(jìn)展，但是能夠縮短運(yùn)行每個(gè)PCR循環(huán)所需的時(shí)間將非常有價(jià)值。

本發(fā)明提供通過縮短每個(gè)步驟所需時(shí)間量而允許聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)更快進(jìn)行的方法和設(shè)備。這是通過使用具有相對(duì)較小熱質(zhì)量(thermal?mass)的樣品裝置及能將該樣品裝置迅速加熱至所需溫度然后保持該溫度下的相配套的加熱元件來實(shí)現(xiàn)的。包含具有相對(duì)大熱質(zhì)量的冷卻器(cold?sink)的獨(dú)立冷卻裝置來根據(jù)需要迅速降低樣品裝置的溫度，這通過使冷卻器與樣品裝置物理接觸來實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的這些和其他目的和特征通過下文的描述和所附權(quán)利要求將變得更為明顯，或者可以通過如下文所述實(shí)施本發(fā)明來理解。

附圖說明

為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明的以上及其他優(yōu)點(diǎn)和特征，將通過參考附圖中所示其特定實(shí)施方案更為具體地描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)明白，這些附圖僅展示了本發(fā)明的一些典型實(shí)施方案，因而不能認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制。將使用下列附圖通過更多的特性和細(xì)節(jié)來描述和解釋本發(fā)明，其中：

圖1A是一種構(gòu)造的熱循環(huán)儀中多個(gè)組件的示意圖，其中樣品是熱分離的；

圖1B是與圖1B相似的示意圖，但它顯示了導(dǎo)致樣品冷卻的不同構(gòu)造；

圖2是快速熱循環(huán)儀的一個(gè)說明性實(shí)施方案的透視圖；

圖3是圖2中實(shí)施方案的各個(gè)組件的分解圖；

圖4A是圖2中實(shí)施方案的橫截面，其以樣品模塊與冷卻器熱分離的位置顯示；

圖4B是與圖4A相似的橫截面，其中樣品模塊與冷卻器熱連通；

圖5A圖2-4中樣品模塊的透視圖；且