[發(fā)明專利]一種熱循環(huán)裝置、方法及應用

有效

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• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109321428B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設計）人: 劉玚;虞之龍;邱海維;胡琬璐
• 申請（專利權）人: 北京酷搏科技有限公司
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/38;C12M1/34
• 代理公司: 北京睿邦知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11481
• 代理人: 徐丁峰;付偉佳

本發(fā)明提供了一種通過將管型組件在多個對應孔準直、溫度不同的帶孔金屬塊間軸向移動，對管型組件中的液體進行快速變溫的裝置、使用此裝置進行快速變溫的方法，以及使用此方法進行PCR的應用。

技術領域

本發(fā)明涉及實時熒光PCR領域，具體而言，涉及一種快速實時熒光PCR的方法。

背景技術

已有多種裝置被設計來進行PCR反應。在一種常見類型的固定式PCR裝置中（US5656493A），將PCR反應液裝入單個小管、多個小管、或多個小管排列和相互連接形成的排管或多孔板中，并將小管放入包含單個或多個孔的金屬塊中，使得小管外壁與孔貼合。金屬塊可以通過連接在其上的電阻性元件、帕爾貼片等方式加熱，亦可以通過吹冷風、帕爾貼片等方式制冷。運行時，相應的控制程序可以讀取金屬塊上連接溫度探頭的溫度，并通過反饋機制設定金屬塊上連接的加熱或制冷器件加熱或制冷的功率，來達到控制金屬塊溫度的目的。通過熱傳導，PCR反應液溫度會達到或接近金屬塊的溫度。

在另一類常見的旋轉(zhuǎn)式PCR裝置中（US5455175），將盛有PCR反應液的小管放置于一個可以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上，將轉(zhuǎn)盤放置于反應室中。PCR裝置中的一個空氣管道連接至反應室，向反應室排出已加熱至特定溫度（如95℃或60℃）的熱空氣。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時，大量空氣與小管外壁接觸，使管中的PCR反應液接近或達到熱空氣的溫度。

PCR熱循環(huán)的總時間主要由兩個要素決定：PCR反應液中DNA聚合酶完成延伸步驟所需要的時間，以及PCR反應液達到設定溫度的時間。第一個要素主要由DNA聚合酶的延伸速率、DNA聚合酶反應性、DNA聚合酶濃度等因素所決定，目前已有包括使用KAPA 2G、Taq、Phusion等數(shù)種DNA聚合酶的PCR體系可以進行快速PCR。另一方面，熱循環(huán)裝置本身的變溫速率、反應管的形狀與厚度以及管外壁與金屬塊的配合影響了PCR反應液到達設定溫度所需要的時間。在上文描述的常規(guī)裝置中，運行單個熱循環(huán)的總時間一般不低于20秒，常見為30-120秒。總PCR運行時間一般為25-100分鐘。

已有數(shù)種快速PCR裝置被設計出來進行更快速的PCR檢測。在一種快速PCR裝置中（US6556940B1），通過將管壁設計得更薄（20-40 μm）來提高從金屬塊到PCR反應液的導熱性，以降低PCR反應液達到設定溫度的時間。此方法的缺點在于一方面由于金屬塊本身也要在此過程中加熱或制冷，快速升降溫導致裝置的功耗較常規(guī)PCR裝置明顯增大；另一方面，薄壁的設計使得小管本身在制造、儲存、操作、運行過程中容易出現(xiàn)針眼或裂紋，使PCR反應液體泄漏導致反應失敗。

在一類被稱為連續(xù)流PCR的裝置中（FR2796863A1），PCR反應液可被驅(qū)動在細長的管道內(nèi)流動，管道設置為多次反復纏繞或固定在不同溫度區(qū)域上。PCR反應液連續(xù)流過不同的溫區(qū)來達到PCR反應的目的。這類PCR裝置一般需要外部裝置驅(qū)動PCR反應液，在液體剛進入管道和液體充滿管道時的溫度會有所差別，液體和管道的接觸使得液體的流動不均勻，且微小的管道瑕疵會對結果產(chǎn)生較大的影響。這些原因使得這類裝置在進行較快速PCR時穩(wěn)定性不高。

在另一個被稱為極限PCR的裝置中（US9932634B2），液體的變溫由盛裝PCR反應液的小管在兩個盛放有大量已預先設置合適溫度的液體的容器間運動所實現(xiàn)。小管在運動至不同的容器內(nèi)時，分別與容器內(nèi)的液體接觸，可迅速達到液體的溫度。這種裝置使40個PCR熱循環(huán)能在1-2分鐘內(nèi)完成，但大量高溫液體的存在，以及裝置運行時產(chǎn)生的濺灑使得這種裝置易用性和安全性較低，且第一次使用前需要將大量液體加熱，花費時間較長。