[發(fā)明專利]熱控設(shè)備及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680052768.0
• 申請日: 2016-07-22
• 公開（公告）號: CN108136401B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 大衛(wèi)·弗洛姆;潘天;馬修·皮奇尼
• 申請（專利權(quán)）人: 塞弗德公司
• 主分類號: B01L7/00
• 分類號: B01L7/00
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11204
• 代理人: 王達(dá)佐;洪欣

本文提供了適合提供溫度循環(huán)中提高的控制和效率的熱控設(shè)備。此類熱控設(shè)備可包括與另一個(gè)熱操控設(shè)備協(xié)同控制的熱電冷卻器以控制熱電冷卻器的相對面和/或微環(huán)境。一些此類熱控設(shè)備包括由熱電容器分隔的第一和第二熱電冷卻器。熱控設(shè)備可以被配置于平面配置，所述平面配置具有用于與樣品分析儀的平面反應(yīng)容器熱耦合的工具，其用于反應(yīng)容器中的流體樣品的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中的熱循環(huán)。還提供了使用此類熱控設(shè)備進(jìn)行熱循環(huán)的方法。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2015年7月23日提交的題為“Thermal Control Device and Methodsof Use”的美國臨時(shí)專利申請第62/196,267號的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

本申請大體涉及2013年3月15日提交的題為“Honeycomb tube”的美國專利申請第13/843,739號；2002年1月25日提交的題為“Fluid Processing and Control”的美國專利第8,048,386號；以及2000年8月25日提交的題為“Fluid Control and ProcessingSystem”的美國專利第6,374,684號；其每一個(gè)出于所有目的通過引用整體并入本文。

背景技術(shù)

本發(fā)明大體涉及熱控設(shè)備，尤其是用于在核酸分析中熱循環(huán)的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。

各種生物測試程序需要熱循環(huán)經(jīng)由熱交換促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。此類程序的一個(gè)實(shí)例是用于DNA擴(kuò)增的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)。另外的實(shí)例包括快速-PCR、連接酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(LCR)、自我持續(xù)序列復(fù)制、酶動(dòng)力學(xué)研究、勻質(zhì)配體結(jié)合測定和需要復(fù)雜溫度變化的復(fù)雜生化機(jī)理研究。

此類程序需要可準(zhǔn)確地升高和精確且快速地降低樣品溫度的系統(tǒng)。常見的系統(tǒng)通常使用冷卻設(shè)備(如風(fēng)扇)，其占用大量的物理空間并需要大量的電力來提供所需的性能(即，快速溫降)。基于風(fēng)扇的冷卻系統(tǒng)有啟動(dòng)滯后時(shí)間和停機(jī)重疊的問題，即它們將在關(guān)閉后會(huì)起作用，因此不會(huì)像數(shù)字般的快速精確運(yùn)行。例如，離心風(fēng)機(jī)將在打開時(shí)不會(huì)立即以完全容積容量(volumetric capability)吹掃，并且還將在關(guān)閉電源后也會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，因此，在測試中必須考慮執(zhí)行的重疊時(shí)間。此類滯后和重疊問題隨著設(shè)備年齡而變得更加嚴(yán)重。

基于風(fēng)扇的冷卻系統(tǒng)通常提供了成本低、性能相對可接受且易于實(shí)施的系統(tǒng)，因此幾乎沒有為業(yè)界提供動(dòng)力來解決這些問題。迄今為止的答案是并入具有更佳容量輸出速率的更強(qiáng)大的風(fēng)扇，這也增加了空間和功率要求。這樣做的一個(gè)代價(jià)是對現(xiàn)場測試系統(tǒng)的可移植性產(chǎn)生負(fù)面影響，其可用于例如快速檢測偏遠(yuǎn)地區(qū)的病毒/細(xì)菌暴發(fā)。另一個(gè)問題是，這種方法在高溫環(huán)境下不太成功，諸如在熱帶地區(qū)可能會(huì)存在問題。因此，所未解決的需要是解決生物測試系統(tǒng)中已知的加熱/冷卻設(shè)備的缺陷。

熱循環(huán)通常是大多數(shù)核酸擴(kuò)增方法的一個(gè)基本方面，其中流體樣品的溫度在較低的退火溫度(如60度)和較高的變性溫度(如95度)之間循環(huán)多達(dá)五十次。這種熱循環(huán)通常使用較大的熱質(zhì)量(如鋁塊)以加熱流體樣品和風(fēng)扇以冷卻流體樣品來進(jìn)行。由于鋁塊的熱質(zhì)量很大，加熱和冷卻速率限制在約1℃/秒，因此50個(gè)循環(huán)的PCR過程可能需要兩個(gè)或更多個(gè)小時(shí)才能完成。在環(huán)境溫度可能升高的熱帶氣候中，冷卻速率可能受到不利影響，從而延長熱循環(huán)的時(shí)間，例如從2小時(shí)至6小時(shí)。

一些商業(yè)儀器提供5℃/秒數(shù)量級的加熱速率，而冷卻速率顯著更小。由于這些相對較低的加熱和冷卻速率，已經(jīng)觀察到一些過程，諸如PCR可能變得低效和無效。例如，反應(yīng)可能發(fā)生在中等溫度，產(chǎn)生不想要的和干擾性的DNA產(chǎn)物，諸如引物二聚體或異常擴(kuò)增子，以及消耗用于預(yù)期的PCR反應(yīng)所必需的試劑。當(dāng)在非均勻的溫度環(huán)境中進(jìn)行時(shí)，其它過程(諸如配體結(jié)合或其它生化反應(yīng))類似地經(jīng)歷對分析方法有潛在危害的副反應(yīng)和產(chǎn)物。

對于PCR和其它化學(xué)檢測方法的一些應(yīng)用，經(jīng)測試的樣品流體體積可能對熱循環(huán)產(chǎn)生重大影響。