[發明專利]一種基于相變材料的恒溫基因擴增裝置

在審

• 申請號: 201910359101.0
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110079452A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 沈峰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12Q1/6844
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種基于相變材料的恒溫基因擴增裝置，涉及生物醫學檢測領域，包括加熱模塊、相變材料控溫模塊和恒溫擴增模塊，其中，加熱模塊包括化學加熱裝置，相變材料控溫模塊包括在融化過程中吸熱但溫度保持不變的相變材料，恒溫擴增模塊與基因擴增單元相連；加熱模塊連接相變材料控溫模塊，恒溫擴增模塊連接相變材料控溫模塊。本發明通過放熱的化學反應對相變材料進行加熱，并通過相變材料的物理融化過程保持在一定溫度的特性，進行恒溫基因擴增反應，特別是在微流控芯片上的恒溫基因擴增反應，不需要熱傳感器對溫度進行測量并且進行精準的控制，也不需要外接電源或大容量電池，降低了成本并擴大了應用范圍。

技術領域

本發明涉及生物醫學檢測領域，尤其涉及一種基于相變材料的恒溫基因擴增裝置。

背景技術

基因擴增可以對樣品中的目標基因序列進行擴增和檢測，其可以被應用于生物學研究、分子醫學檢測、犯罪現場分析以及農畜牧業檢測等諸多方面。相較于傳統的檢測方法，基因擴增檢測通常具有更高的靈敏度和特異性。基因擴增最具代表性的是聚合酶鏈式反應(Polymerase Chain Reaction,PCR)，美國科學家Kary Banks Mullis在1985年發明了聚合酶鏈式反應，即簡易DNA擴增法。PCR通常由三步反應：1)利用雙鏈DNA在95℃高溫時變性成為單鏈；2)低溫時(50-65℃)，引物(primer)會與單鏈DNA按堿基互補配對原則結合；3)溫度升高至聚合酶反應溫度(通常為72℃)，聚合酶沿5’至3’的方向合成與單鏈DNA的互補鏈。一個循環完成后，目標基因序列的數量理論上會增加2倍，還可以從第一步開始下一個熱循環，完成對目標基因的指數型擴增。擴增的特異性通常依賴于引物的設計和引物-單鏈DNA結合溫度的設計。有些改進的PCR方法可以將第二步和第三步結合，從而省略了擴增溫度控制步驟。PCR方法要求在至少兩個溫度區間循環變化，并且對溫度控制要求較為嚴格，這就要求PCR儀器的設備提供精確的溫度控制，這使得PCR儀器設計較為復雜，并且檢測一般需要在實驗室完成。

恒溫基因擴增是近年來發展的一種新型的基因擴增技術，其特點是基因擴增反應可以在一個恒定的溫度完成，不再需要PCR反復的熱循環步驟。現在已經涌現了很多恒溫擴增的方法，原理也不盡相同，其中最具有代表性的有NASBA(Nucleic Acid Sequence-BasedAmplification),LAMP(Loop-mediated isothermal amplification)以及RPA(Recombinase Polymerase Amplification)。由于每個反應原理使用的反應體系略有差異，所以恒溫擴增的溫度也會有所不同。NASBA通常在41℃左右，LAMP通常在63-65℃，RPA最優的反應溫度在37-39℃左右。

雖然恒溫基因擴增不再需要在兩個或者三個溫度之間進行熱循環，但仍然需要對反應溫度進行控制。通常的方法是采用具有熱傳感器的電加熱的方法。這套控溫系統雖然較PCR儀器相對簡單，但其通常還是需要接入電源或者使用大容量的電池，這很大程度上限制了恒溫基因檢測在實驗室之外，例如野外或偏遠地區的實際應用。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種基于相變材料的恒溫基因擴增裝置，通過放熱反應加熱相變材料，并通過相變材料的物理融化過程保持在一定溫度的特性，進行恒溫基因擴增反應，無需熱傳感器、電源及大容量電池。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種基于相變材料的恒溫基因擴增裝置，用于恒溫基因擴增反應時無需熱傳感器、電源及大容量電池。

為實現上述目的，本發明提供一種基于相變材料的恒溫基因擴增裝置，包括加熱模塊、相變材料控溫模塊和恒溫擴增模塊，其中，所述加熱模塊包括化學加熱裝置和/或電加熱裝置，所述相變材料控溫模塊包括在融化過程中吸熱但溫度保持不變的相變材料，所述恒溫擴增模塊與基因擴增單元相連；所述加熱模塊連接所述相變材料控溫模塊，所述恒溫擴增模塊連接所述相變材料控溫模塊。

進一步地，所述化學加熱裝置設置為使用生石灰和水的化學放熱反應加熱。