[發(fā)明專利]用于樣品分析與處理的快速熱循環(huán)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780033519.1
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN109562383A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔海慶;文燕;曾旭東
• 申請（專利權(quán)）人: 星陣私人有限公司
• 主分類號: B01L7/02
• 分類號: B01L7/02;B01L7/00;B01L9/06;C12M1/38;C12M1/34;C12Q1/686
• 代理公司: 北京馳納智財知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11367
• 代理人: 謝亮

用于核酸熱處理的設(shè)備和方法。該設(shè)備使用反應(yīng)器握持架以握持各個容納反應(yīng)材料的反應(yīng)器，此反應(yīng)材料含有核酸。該設(shè)備包含第一浴槽；和第二浴槽，浴槽介質(zhì)可分別維持在兩個不同的溫度T_HIGH和T_LOW；以及一個轉(zhuǎn)移裝置，讓反應(yīng)器能在多個熱循環(huán)中浸入此二浴槽，以交替地達(dá)到預(yù)定的高目標(biāo)溫度T_HT和預(yù)定的低目標(biāo)溫度T_LT，同時該裝置根據(jù)以下組合里的至少一個條件制定了溫度偏移機制，此組合包括：a)T_HT低于T_HIGH b)T_LT高于T_LOW，以及c)a)和b)中的條件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及進(jìn)行樣品中核酸擴增反應(yīng)的方法和裝置。

背景技術(shù)

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)對于分子生物學(xué)、食品安全和環(huán)境監(jiān)測日益重要。由于其高靈敏度和特異性，許多生物學(xué)研究人員在他們的核酸分析工作中使用PCR。PCR的時間周期通常約為1小時，主要是由于耗時的PCR熱循環(huán)過程，該過程適于將含有樣品的反應(yīng)器加熱并冷卻至不同的溫度以進(jìn)行DNA變性，退火和延伸。通常，熱循環(huán)設(shè)備和方法采用在兩個加熱浴槽之間移動反應(yīng)器，所述兩個加熱浴槽的溫度設(shè)定為核酸擴增反應(yīng)所需的目標(biāo)溫度。研究人員一直在努力提高熱循環(huán)的速度。

熱電冷卻器(TEC)或珀爾帖冷卻器也用作加熱/冷卻元件。然而，它提供了典型的1-5℃/秒的升溫速率，這樣的反應(yīng)器變溫速度是較慢的，并且不利地延長了熱循環(huán)的時間。

作為通過減少熱質(zhì)量來提高PCR速度的嘗試，本發(fā)明開發(fā)了具有嵌入式薄膜加熱器和傳感器的微加工PCR反應(yīng)器，以實現(xiàn)74 攝氏度/秒的冷卻速率和約60-90度攝氏/秒的加熱速率。然而，這種用于制造PCR裝置的晶片制造工藝非常昂貴，因此在滿足生物學(xué)測試中低成本一次性應(yīng)用的要求方面不切實際。

熱空氣和冷空氣交替地沖洗封閉室中的反應(yīng)器，以實現(xiàn)比基于TEC的熱循環(huán)儀更高的溫度升降速度。然而，從傳熱的角度來看，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量遠(yuǎn)低于液體，因此空氣循環(huán)儀的溫升比液體慢。TEC需要大量的時間來加熱和冷卻其本身以及TEC上方的熱塊。此外還需要克服加熱塊和反應(yīng)器之間的接觸熱阻。

人們也開發(fā)了交替型水沖洗循環(huán)系統(tǒng)，以兩種不同溫度的水交替地沖洗反應(yīng)器以實現(xiàn)快速PCR。但是，這些裝置包含許多泵，閥門和管道連接器，這些部件在處理高溫和高壓時增加了維護(hù)的復(fù)雜性并降低了可靠性。使用循環(huán)液態(tài)浴槽介質(zhì)時，液體通常從浴槽中濺出。

傳統(tǒng)水浴PCR循環(huán)儀利用水的高導(dǎo)熱性和熱容量來實現(xiàn)有效的溫度加熱和冷卻。但是，這樣的循環(huán)器具有包含大量水的大型加熱浴槽，其在裝載和處理中難以管理，也使得在熱循環(huán)開始之前要達(dá)到目標(biāo)溫度所需的時間過長。這種循環(huán)器也具有大的設(shè)備重量和高功耗。水會隨著使用而蒸發(fā)，需要加滿。此外，在熱循環(huán)期間，每當(dāng)反應(yīng)器交替地插入浴槽中時，當(dāng)從每個浴槽中取出時，一層水仍然附著在反應(yīng)器本體上，由此導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)的溫度變化被減慢。

研究人員還測試了不同溫度的移動加熱輥交替接觸反應(yīng)器。然而，長管式反應(yīng)器的使用不僅使安裝和操作大量反應(yīng)器麻煩，而且昂貴。當(dāng)反應(yīng)器處于大型陣列或面板中時，在所有反應(yīng)器中實現(xiàn)加熱均勻性可能具有挑戰(zhàn)性。

本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的方法和裝置，用于在不使用復(fù)雜和昂貴的部件或消耗品的情況下以實惠的成本以超高速度實現(xiàn)核酸熱循環(huán)。該設(shè)備結(jié)實耐用，重量輕，使用方便，需要少量加熱介質(zhì)，并且可為反應(yīng)材料處理一次性反應(yīng)器，以避免從一個反應(yīng)器到下一個反應(yīng)器的交叉污染。本發(fā)明對生物分析提供了很積極的正面影響。

發(fā)明內(nèi)容