[發明專利]用于樣品分析與處理的快速熱循環

在審

• 申請號: 201780033573.6
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN109562385A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 龔海慶;文燕;曾旭東
• 申請（專利權）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權代理事務所(普通合伙) 11367
• 代理人: 謝亮

用于核酸熱處理的方法和設備。該設備使用反應器握持架以握持容納反應材料的反應器，此反應材料含有核酸。該設備包括了：由隔熱板所分隔的至少兩個浴槽，其中各浴槽內的浴槽介質可被維持在一個目標溫度；以及一個無需將反應器提離浴槽，而是讓反應器通過選擇性地打開任何兩個相鄰浴槽之間的隔板來進行一次或多次位置轉換的轉移裝置。

技術領域

本發明涉及進行樣品中核酸擴增反應的方法和裝置。

背景技術

聚合酶鏈式反應(PCR)對于分子生物學，食品安全和環境監測日益重要。許多生物學研究人員在他們的核酸分析工作中使用PCR，因為PCR擁有高靈敏度和特異性。PCR的時間周期通常約為1小時，主要因為PCR熱循環過程耗時，該過程將含有樣品的反應器加熱并冷卻至不同的溫度以進行DNA變性、退火和延伸。通常，熱循環設備和方法為在兩個加熱浴槽之間移動反應器，所述兩個加熱浴槽的溫度被設定為核酸擴增反應所需的目標溫度。研究人員一直都在致力于加快熱循環的速度。

熱電冷卻器(TEC)或珀爾帖冷卻器也被用作加熱/冷卻元件。然而，它所提供典型的1-5℃/秒的升溫速率在改變反應器溫度方面算是緩慢的，這不利地加長了熱循環的時間。

作為通過減少熱質量來提高PCR速度的嘗試，具有嵌入式薄膜加熱器和傳感器的微加工PCR反應器已被開發出來，以在74℃/秒的冷卻速率和約60-90℃/秒的加熱速率下實現更快的熱循環。然而，這種用于制造PCR裝置的晶塊制造工藝非常昂貴，因此在滿足生物測試中低成本一次性應用的要求方面不切實際。

也有報道指出，跟以熱電冷卻器為主的熱循環儀相比，在封閉容器中以熱空氣和冷空氣交替沖洗反應器的方法可以獲得更快的溫度攀升。然而，從熱傳導的角度來看，空氣的導熱系數和熱容量遠比液體的低，因此空氣循環儀的升溫速度比液體的慢。TEC需要大量的時間來加熱和冷卻其本身以及TEC上方的加熱塊。此外，還需要克服加熱塊和反應器之間的接觸熱阻。

交替型水沖洗循環器也已被開發出來，以兩批溫度相異的水交替沖洗反應器以加快PCR的速度。但是，這些裝置包含許多泵，閥門和管道連接器，這些連接器在處理高溫和高壓時增加了維護的復雜性并降低了可靠性。使用循環液體浴介質時，液體通常從浴槽中溢出。

傳統水浴PCR循環儀利用水的高導熱性和熱容量來實現有效的溫度加熱和冷卻。但是，這樣的循環器使用了包含大量水的大加熱槽，而高水量使注水和放水過程難以掌控，這也致使在熱循環能開始之前，把浴槽介質加熱到目標溫度的所需時間太長。這樣的循環器設備沉重且功耗高。槽內的水在使用過程中會蒸發，需要添加。此外，在熱循環中，每次反應器被交替插入這些水浴槽中后，當反應器被從水浴槽中取出時，一層水附著在反應器上，從而拖慢反應器內部的溫度變化。

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