两阶段热对流装置及其用途制造方法及图纸

公开了多阶段热对流装置(如两阶段热对流装置)及其用途。在一个实施方案中，所述两阶段热对流装置包含辅助热对流介导之聚合酶链式反应(PCR)的温度成形元件(temperature shaping element)。本发明专利技术有多种应用，包括在无需与许多现有设备相关的笨重且昂贵的硬件的情况下扩增核酸。在一个典型的实施方案中，该装置可以放于使用者手掌上用作便携、操作简单且低成本的PCR扩增设备。

【技术实现步骤摘要】
两阶段热对流装置及其用途本申请是申请日为2011年1月11日、申请号为“201180013705.1”、专利技术名称为“两阶段热对流装置及其用途”的中国专利申请的分案申请，原申请是国际申请PCT/IB2011/050104的中国国家阶段申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2010年1月12日提交的美国临时申请No.61/294,446的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
本专利技术的特征是多阶段热对流装置(特别是两阶段热对流装置)及其用途。所述装置包含至少一个辅助聚合酶链式反应(PCR)的温度成形元件(temperatureshapingelement)。本专利技术有多种应用，包括在无需与现有设备相关的笨重且通常昂贵的硬件的情况下扩增DNA模板。在一个实施方案中，该装置可以放于使用者手掌上用作便携式PCR扩增设备。
技术介绍
聚合酶链式反应(PCR)是在每次温度变化循环完成时扩增多核苷酸序列的技术。参见例如，PCR：APracticalApproach，M.J.McPherson等，IRLPress(1991)；PCRProtocols：AGuidetoMethodsandApplications，Innis等，AcademicPress(1990)；和PCRTechnology：PrincipalsandApplicationsforDNAAmplification，H.A.Erlich，StocktonPress(1989)。在许多专利(包括美国专利No.4,683,195、4,683,202、4,800,159、4,965,188、4,889,818、5,075,216、5,079,352、5,104,792、5,023,171、5,091,310和5,066,584)中也描述了PCR。在许多应用中，PCR涉及使目的多核苷酸(“模板”)变性，然后使期望的引物寡核苷酸(“引物”)与变性的模板退火。退火之后，聚合酶催化合成新多核苷酸链，其包含引物并且对其进行延伸。这一系列的步骤(变性、引物退火和引物延伸)构成一个PCR循环。这些步骤在PCR扩增过程中重复多次。随着循环的重复，新合成的多核苷酸的量以几何级数增加。在许多实施方案中，引物是成对选择的，它们可以与给定双链多核苷酸的相对链退火。在这种情况下，可以扩增两个退火位置之间的区域。需要多在多循环PCR实验中改变反应混合物的温度。例如，DNA变性通常在约90℃至约98℃或更高的温度下发生，引物与变性DNA的退火通常在约45℃至约65℃下进行，而用聚合酶延伸退火引物的步骤通常在约65℃至约75℃下进行。为了使PCR以最佳状态进行，这些温度步骤必须被依次重复。为了满足该需要，已开发多种市售设备用于进行PCR。许多设备的重要组件是热“循环仪”，其中的一个或更多个温度控制元件(有时称为“加热块”)容纳PCR样品。在一段时间中加热块的温度变化以支持热循环。遗憾的是，这些设备有重大缺点。例如，大多数设备是巨大、笨重且通常昂贵的。通常需要大量电力来加热和冷却加热块以支持热循环。使用者常常需要接受大量培训。因此，这些设备一般不适于现场使用。克服这些问题的尝试并不是完全成功的。例如，一种尝试涉及使用多个温度控制加热块，其中每个块保持在期望的温度并且使样品在加热块之间移动。但是，这些装置有其他缺点，如需要复杂的机械装置使样品在不同加热块之间移动，以及需要一次加热或冷却一个或几个加热块。已有一些在一些PCR过程中使用热对流的尝试。参见Krishnan，M.等.(2002)Science298：793；Wheeler，E.K.(2004)Anal.Chem.76：4011-4016；Braun，D.(2004)ModernPhysicsLetters18：775-784；和WO02/072267。但是，这些尝试都没有生产出小型、便携、更实惠，而且减少对电力的大量需求的热对流PCR设备。而且，这些热对流装置往往有低的PCR扩增效率和扩增子尺寸的限制。
技术实现思路
本专利技术提供了多阶段热对流装置(特别是两阶段热对流装置)及其用途。该装置通常包含至少一个辅助聚合酶链式反应(PCR)的温度成形元件。如下文所述，典型的温度成形元件是该装置中支持热对流PCR的结构和/或位置特征。温度成形元件的存在增加PCR扩增的效率和速度、支持小型化、并且减少对大量电力的需要。在一个实施方案中，该装置容易地放于使用者手掌上并且具有电池足以运行的低电力需求。在该实施方案中，该装置比许多现有PCR设备更小、更便宜且更便携。因此，在一方面，本专利技术的特征是适于进行热对流PCR扩增的两阶段热对流装置(“装置”)。优选地，该装置具有至少一个(优选所有的)作为可操作连接组件的下述元件：(a)用于对槽进行加热或冷却并且包含上表面和下表面的第一热源，所述槽适于容纳进行PCR的反应容器，(b)用于对所述槽进行加热或冷却并且包含上表面和下表面的第二热源，所述下表面朝向第一热源的上表面，其中所述槽由接触第一热源的底端和与第二热源的上表面邻接的通孔限定，并且其中底端与通孔的中心点之间形成槽轴，围绕其布置所述槽，(c)至少一个适于辅助热对流PCR的温度成形元件；以及(d)在第一热源内适于容纳所述槽的接收孔。还提供了制造上述装置的方法，该方法包括以足以进行本文所述热对流PCR的可操作组合组装(a)-(d)中的每个。在本专利技术的另一方面中，提供了适于使用至少一种本文所述装置进行PCR的热对流PCR离心机(“PCR离心机”)。本专利技术还提供了通过热对流进行聚合酶链式反应(PCR)的方法。在一个实施方案中，该方法包括至少一个(优选所有的)下述步骤：(a)将包含接收孔的第一热源维持在适于使双链核酸分子变性并形成单链模板的温度范围内，(b)将第二热源维持在适于使至少一条寡核苷酸引物与单链模板退火的温度范围内，以及(c)在足以产生引物延伸产物的条件下在接收孔和第二热源之间产生热对流。另一方面，本专利技术提供了适于被本专利技术装置容纳的反应容器。附图说明图1为示意图，其显示装置的一个实施方案的俯视图。示出了穿过装置的剖面(A-A和B-B)。图2A至C为示意图，其显示具有第一室100的装置的一个实施方案的剖面图。图2A至C为沿A-A面(图2A、2B)和B-B面(图2C)的横截面图。图3A至B为示意图，其显示装置的一些实施方案沿A-A面的剖面图。每个装置具有相对于槽轴80宽度不等的第一室100和第二室110。图4A至B为示意图，其显示装置的一个实施方案的剖面图(A-A)。图4B显示区域(由图4A中的虚线圆确定)的放大图。装置具有第一室100和第二室110。第一室与第二室之间的区域包含第一热制动器130。图5A至C为示意图，其显示装置的一个实施方案的剖面图。图5A至C为沿A-A面(图5A至B)和B-B面(图5C)的截面图。第二热源30包含第一室100和围绕槽轴80对称布置并且延伸了第一室100的长度的第一突出部33。第一热源20包含第一突出部23。图6A至C为沿A-A面(图6A至B)和B-B面(图6C)的装置的一个实施方案的示意图。第一热源20和第二热源30包含突出部(23、24、33、34)，它们各自围绕槽轴80对称布置。第二热源30包含第一室100。图7A至D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于进行热对流PCR的装置，其包含：(a)用于对槽进行加热或冷却并且包含上表面和下表面的第一热源，所述槽适于容纳进行PCR的反应容器，(b)用于对所述槽进行加热或冷却并且包含上表面和下表面的第二热源，所述下表面朝向所述第一热源的上表面，其中所述槽由接触所述第一热源的底端和与所述第二热源的上表面邻接的通孔限定，并且其中所述底端与所述通孔之间的中心点形成槽轴，围绕其布置所述槽，(c)至少一个温度成形元件，如位于所述槽周围并且在所述第二或第一热源之至少一部分中的室，所述室包含所述第二或第一热源与所述槽之间的室间隙，所述室间隙足以降低所述第二或第一热源与所述槽之间的热传递；以及(d)所述第一热源内适于容纳所述槽的接收孔。

【技术特征摘要】
2010.01.12 US 61/294,4461.一种适于进行热对流PCR的装置，其包含：(a)用于对槽进行加热或冷却并且包含上表面和下表面的第一热源，所述槽适于容纳进行PCR的反应容器，(b)用于对所述槽进行加热或冷却并且包含上表面和下表面的第二热源，所述下表面朝向所述第一热源的上表面，其中所述槽由接触所述第一热源的底端和与所述第二热源的上表面邻接的通孔限定，并且其中所述底端与所述通孔之间的中心点形成槽轴，围绕其布置所述槽，(c)至少一个温度成形元件，其为在所述第一热源和第二热源的至少一个中的至少一个突出部，所述突出部向另一热源延伸或者从包含所述突出部的热源的上表面或下表面向外延伸；以及(d)所述第一热源内适于容纳所述槽的接收孔。2.权利要求1所述的装置，其中所述装置包含位于所述第一热源的上表面与所述第二热源的下表面之间的第一绝热体。3.权利要求1所述的装置，其中所述装置包含位于所述槽周围并且在所述第二或第一热源之至少一部分中的第一室，所述第一室包含所述第二或第一热源与所述槽之间的室间隙，所述室间隙足以降低所述第二或第一热源与所述槽之间的热传递。4.权利要求3所述的装置，其中所述装置包含所述第一室，其完全位于所述第二热源内，并且所述第一室包含沿所述槽轴朝向第一室底端的第一室顶端以及至少一个围绕所述槽轴布置的室壁。5.权利要求4所述的装置，其中所述装置还包含位于所述第二热源内的第二室。6.权利要求3所述的装置，其中第一室壁布置成基本平行于所述槽轴。7.权利要求3所述的装置，其中所述第一室顶端和所述第一室底端各自基本垂直于所述槽轴。8.权利要求2所述的装置，其中所述第一绝热体包含固体或气体。9.权利要求3所述的装置，其中所述第一室包含固体或气体。10.权利要求9所述的装置，其中所述装置还包含位于所述第一热源的上表面与所述第二热源的下表面之间的第一绝热体并且所述第一绝热体包含固体或气体。11.权利要求8至10中任一项所述的装置，其中所述气体是空气。12.权利要求3所述的装置，其中所述第一室沿垂直于所述槽轴的平面围绕所述槽基本对称地布置。13.权利要求3所述的装置，其中所述第一室的至少一部分沿垂直于所述槽轴的平面围绕所述槽不对称布置。14.权利要求12至13中任一项所述的装置，其中所述第一室的至少一部分沿所述槽轴呈锥形。15.权利要求12至13中任一项所述的装置，其中所述装置还包含位于所述第二热源内的第二室，并且所述第一室垂直于所述槽轴的宽度不同于所述第二室的宽度。16.权利要求3所述的装置，其中所述装置还包含位于所述第二热源内的第二室，并且所述第一室与所述第二室沿所述槽轴以长度l间隔开。17.权利要求16所述的装置，其中所述第一室、所述第二室和所述第二热源限定出在所述第一室与第二室之间接触所述槽的第一热制动器，其面积和厚度或体积足以降低来自所述第一热源的热传递。18.权利要求3所述的装置，其中所述装置包含位于所述第一热源的上表面与所述第二热源的下表面之间的第一绝热体，并且所述第一室和所述第一绝热体限定出在所述第一室与所述第一绝热体之间接触所述槽的第一热制动器，其面积和厚度或体积足以降低来自所述第一热源的热传递。19.权利要求18所述的装置，其中所述第一热制动器包含上表面和下表面，并且所述第一热制动器的下表面与所述第二热源的下表面处于大致相同的高度。20.权利要求1所述的装置，其中所述第二热源包含至少一个从所述第二热源延伸出并向所述第一热源延伸或者从所述第二热源的上表面延伸出的突出部。21.权利要求1所述的装置，其中所述第一热源包含至少一个从所述第一热源延伸出并向所述第二热源延伸或从所述第一热源的下表面延伸出的突出部。22.权利要求1所述的装置，其中所述装置适配成使得所述槽轴相对于重力方向倾斜。23.权利要求22所述的装置，其中所述槽轴垂直于所述第一和第二热源之中任一个的上或下表面，并且所述装置是倾斜的。24.权利要求22所述的装置，其中所述槽轴相对于垂直于所述第一和第二热源之中任一个的上或下表面的方向倾斜。25.权利要求22所述的装置，其中所述倾斜由所述槽轴与重力方向之间的角度θg定义，所述倾斜的角度为2°至60°。26.权利要求1至10、12至13和16至25中任一项所述的装置，其中所述装置通过至少具有与转子转动连接的所述第一和第二热源而适于在所述槽内部产生离心力以调节所述对流PCR，所述转子用于使所述热源围绕旋转轴旋转。27.权利要求1至10、12至13和16至25中任一项所述的装置，其还包含至少一个光学检测单元。28.权利要求3至7、9至10、12至13和16至19中任一项所述的装置，其中所述第一室底端与所述第二热源的下表面处于大致相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄县阵，
申请(专利权)人：阿赫姆生物系统公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR