[發(fā)明專利]一種管式控溫裝置及包含該管式控溫裝置的反應(yīng)儀

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710428803.0
• 申請(qǐng)日: 2017-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN109022263A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝洪學(xué);王美美
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆泰銳（武漢）生物技術(shù)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C12M1/38
• 分類號(hào): C12M1/38;C12M1/24
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立;陳振玉

本發(fā)明涉及一種管式控溫裝置，其包括控溫柱和反應(yīng)管，所述反應(yīng)管包括入口、出口和管身，所述反應(yīng)管的管身螺旋盤繞在所述控溫柱上；還涉及包括上述管式控溫裝置的反應(yīng)儀，例如PCR儀。由于使用管式設(shè)計(jì)，使得本發(fā)明的控溫裝置在與泵結(jié)合后，十分有利于與前端的進(jìn)樣裝置和后端的分離裝置進(jìn)行結(jié)合，由此來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)增DNA片段從體系配制到PCR反應(yīng)再到PCR反應(yīng)產(chǎn)物的分離的全自動(dòng)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分子生物學(xué)器材，更特別地，涉及一種控溫裝置，以及包含該控溫裝置的PCR儀。

背景技術(shù)

DNA的半保留復(fù)制是生物進(jìn)化和傳代的重要途徑。雙鏈DNA在多種酶的作用下可以變性解旋成單鏈，在DNA聚合酶的參與下，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則復(fù)制成同樣的兩分子挎貝。DNA在高溫時(shí)也可以發(fā)生變性解鏈，當(dāng)溫度降低后又可以復(fù)性成為雙鏈。因此，通過溫度變化控制DNA的變性和復(fù)性，加入設(shè)計(jì)引物，DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的體外復(fù)制。

PCR(聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))是利用DNA在95℃高溫時(shí)變性會(huì)變成單鏈，低溫(經(jīng)常是60℃左右)時(shí)引物與單鏈按堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則結(jié)合，再調(diào)溫度至DNA聚合酶最適反應(yīng)溫度(72℃左右)，DNA聚合酶沿著磷酸到五碳糖(5’-3’)的方向合成互補(bǔ)鏈。基于聚合酶制造的PCR儀實(shí)際就是一個(gè)溫控設(shè)備，能在變性溫度，復(fù)性溫度，延伸溫度之間很好地進(jìn)行控制。

自perkin–elmercetus公司第一臺(tái)PCR儀問世以來，現(xiàn)已有幾十家不同的廠家在國內(nèi)外生產(chǎn)和銷售PCR儀。在短短的幾年間，PCR儀經(jīng)過幾代的發(fā)展，不斷采用新技術(shù)，并且進(jìn)一步朝方便、實(shí)用、高智能化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。PCR技術(shù)的基本原理類似于DNA的天然復(fù)制過程，其特異性依賴于與靶序列兩端互補(bǔ)的寡核苷酸引物。PCR由變性、退火和延伸三個(gè)基本反應(yīng)步驟構(gòu)成：①模板DNA的變性：模板DNA經(jīng)加熱至95℃左右一定時(shí)間后，使模板DNA雙鏈或經(jīng)PCR擴(kuò)增形成的雙鏈DNA解鏈，形成單鏈，以便引物的結(jié)合，為下輪反應(yīng)作準(zhǔn)備；②模板DNA與引物的退火(復(fù)性)：模板DNA經(jīng)加熱變性成單鏈后，溫度降至55℃左右，引物與模板DNA單鏈的互補(bǔ)序列配對(duì)結(jié)合；③引物的延伸：DNA模板/引物復(fù)合物在TaqDNase等嗜熱聚合酶的作用下，以dNTP為反應(yīng)原料，目的序列為模板，按堿基互補(bǔ)配對(duì)與半保留復(fù)制原理，合成一條新的與模板DNA鏈互補(bǔ)的半保留復(fù)制鏈，重復(fù)上述步驟就可獲得更多的“半保留復(fù)制鏈”，而且這種新鏈又可成為下次循環(huán)的模板。每完成一個(gè)循環(huán)需2-4分鐘，2-3小時(shí)就能將待擴(kuò)目的基因擴(kuò)增放大幾百萬倍。

毛細(xì)管電泳(capillary electrophoresis,CE)又叫高效毛細(xì)管電泳(HPCE),是近年來發(fā)展最快的分析方法之一。1981年Jorgenson和Lukacs首先提出在75μm內(nèi)徑毛細(xì)管柱內(nèi)用高電壓進(jìn)行分離,創(chuàng)立了現(xiàn)代毛細(xì)管電泳。1984年Terabe等建立了膠束毛細(xì)管電動(dòng)力學(xué)色譜。1987年Hjerten建立了毛細(xì)管等電聚焦，Cohen和Karger提出了毛細(xì)管凝膠電泳。1988-1989年出現(xiàn)了第一批毛細(xì)管電泳商品儀器。短短幾年內(nèi),由于CE符合了以生物工程為代表的生命科學(xué)各領(lǐng)域中對(duì)多肽、蛋白質(zhì)(包括酶，抗體)、核苷酸乃至脫氧核糖核酸(DNA)的分離分析要求,得到了迅速的發(fā)展。

目前，PCR技術(shù)雖然得到了很大的發(fā)展，但是所有的PCR儀都是通過以下方法來控制PCR反應(yīng)的：將裝有PCR反應(yīng)體系的PCR管置于固定的控溫底座的控溫孔中，并緊貼控溫孔的內(nèi)壁，通過控制控溫孔壁的溫度來控制PCR管及其內(nèi)部所裝的反應(yīng)體系的溫度。這類裝置雖然已經(jīng)普遍化，然而它存在著一些不可克服的缺點(diǎn)。

首先，耗時(shí)長。正常的PCR反應(yīng)一般包括30個(gè)循環(huán)，其中變性30s、退火30s、延伸30s/kb。加上初始變性5min，終末延伸10min，擴(kuò)增1kb的片段只需要一個(gè)半小時(shí)左右的時(shí)間。然而，在PCR儀上進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)增1kb的片段往往需要至少超過2小時(shí)的時(shí)間。其原因在于，PCR儀中樣品的位置是固定的，所以，必須操控控溫底座的溫度改變至反應(yīng)進(jìn)行到的階段所需要的溫度。30個(gè)循環(huán)，每次循環(huán)有3次變溫，也就是說需要進(jìn)行90次左右的變溫。這接近100次的升降溫過程需要消耗大量的時(shí)間。