一种热介质流动式PCR扩增的方法技术

本发明专利技术提供了一种热介质流动型PCR扩增的方法，其具有高效、快速、易于小型化并且能对复杂容器内部进行PCR扩增的优点。该方法包括：将加有PCR反应溶液的反应容器插入或连接在热介质容器中，使反应容器能接触或浸泡于热介质，热介质驱动装置使不同温度的热介质流过热介质容器，导致接触热介质的反应容器温度发生变化，从而在反应容器完成PCR扩增。本发明专利技术的反应速度很快，10分钟即可以完成常规PCR需要1.5小时才能完成的工作，并可以在复杂的容器内部进行PCR扩增。总之，本发明专利技术的速度快、通用性强、易于小型化、能用于复杂容器的内部温控、应用范围广泛，特别是能应用于POCT等需要高度自动化、小型化的领域。

A method of PCR expansion in hot medium flow

The invention provides a method for the expansion of hot medium flow type PCR, which has the advantages of high efficiency, fast speed, easy to miniaturization, and PCR amplification in complex containers. The method includes: inserting or connecting a reaction container with a PCR reaction solution in a hot medium container so that the reaction vessel can contact or soak in the hot medium. The thermal medium drive device causes the heat medium container at different temperatures to heat the medium container, which leads to the change of the temperature of the reaction vessel in contact with the heat medium, so that the reaction container is finished. PCR amplification. The invention has a fast reaction speed, and 10 minutes can complete the work that the conventional PCR takes 1.5 hours to complete, and can be amplified in a complex container for PCR. In a word, the invention is fast, versatile and easy to be miniaturized. It can be used for internal temperature control and wide application of complex containers, especially in the fields of high automation and miniaturization that can be applied to POCT and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种热介质流动式PCR扩增的方法
本专利技术主要是提供一个高效、快速易于小型化的PCR扩增方法。可用于生命科学研究、检验检疫、司法、医学诊断和研究等相关领域。
技术介绍
聚合酶链式反应(PCR)是核酸研究的最重要的方法，广泛应用于生命科学研究、检验检疫、司法、医学诊断和研究等相关领域。PCR扩增利用不同的温度使核酸完成变性、复性、扩增延伸的过程，反复进行上述过程可以大量的扩增出所需的靶基因序列。一般使用三步法进行扩增，即升温95℃让反应液中的核酸变性解离成单链，降温到50℃复性让单链的核酸与反应液中的引物结合，再升温到70℃以利于DNA聚合酶进行复制，由此升到95℃、降到50℃、再升到70℃为一个循环，一般PCR扩增都要进行40余个循环。也有简化的二步法，即升温到95℃变性，降温到65℃左右复性和扩增延伸一起进行，也就是升到95℃、然后降到65℃成为一个循环。最早的PCR扩增是用人工或机械手将反应容器在不同温度的水浴或油浴容器中转换，从而完成扩增。由于这种方法速度慢，设备大，已经被淘汰。后来Roche公司专利技术lightcycler，将反应容器放在一个密闭的腔体中，用加热器对腔体中的空气加热，然后用室温的空气吹冷到室温，再加热。即需要把空气从室温加温到95℃，然后用室温空气吹冷至室温，再加热到50℃，再加热到70℃，再加热到95℃，再吹冷至室温，反复进行。由于空气的导热性不高，所以要求把反应容放在离心盘上不停的转动，以便于反应容器与更多的空气接触，以保证能达到所需温度。同时，空气的比热不大，热平衡时间长，因此lightcycler使用毛细管作为反应容器，以加大与热介质(空气)的接触面积，但毛细管在离心转动的过程中又易出现断裂。现在已经基本被淘汰。现在最常用的是使用半导体加热型，如ABI公司、Roche公司等的相关产品。将反应容器放入相应规格的金属孔内，压紧使反应容器壁与金属孔紧密接触。然后用半导体对金属进行加热和制冷。此方法不用毛细管，不用离心转动，操作简单，成为主流方法。但是金属比热大，升温和降温所需的时间长，同时要求反应容器与金属孔形状和尺寸一致，否则热传递效率就会大幅降低。在PCR扩增仪器中的热交换实际上包括三个过程：1、加热器对热介质的升降温过程。2、热介质与反应容器的热交换过程。3、反应容器壁与反应液的热交换过程。其中存在着2个矛盾：1、热介质比热越大，对于热交换速度就越快，但其自身升降温度速度越慢。2、反应容器壁越薄，反应容器内的液层越薄，热交换速度越快。但是液层越薄，同样的体积就意味着越长，而细长的容器，再加上薄壁就越容易损坏。无论是现在常用的半导体加热还是已经被淘汰的以Rochelightcycler加热、降温、热传递都是串联的，一步完成以后再进行下一步。因此比热小升降温快了，热交换时间就长，比热大了升降温变快，但热交换时间又变长；使用毛细管能提高热交换效率，但反应容器又易损坏。总之，常用PCR技术以上矛盾只能取选择不能解决。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术难以解决的矛盾，提供一种快速、高效、有通用性的PCR扩增方法。使热介质加热或降温不在热介质容器中进行，即热介质加热、降温、热传递不是串联而是并联，可以同步进行，热介质升降温时间不影响反应时间；热介质容器可以分离并与反应容器一起成为耗材，避免细长薄壁反应容器易坏的问题。作为可选的实施例，本专利技术的热介质流动式PCR方法可以包括如下步骤(如图1所示)：1)将PCR反应液加入反应容器21，并将有反应容器21插入热介质容器22中。2)热介质控制装置24将热介质23在相同或不同的空间加热成不同的温度，并使不同温度的热介质23按要求流经热介质容器22。3)热介质驱动装置25接收从热介质控制装置24中流出并经过热介质容器22的热介质23，并在相应部位进行加热成不同温度的热介质，并反向驱动热介质23，使其按要求流经热介质容器22，被热介质控制装置24接收，周而复始，可循环利用热介质。4)如果热介质不需要循环利用，热介质驱动装置25可以不需要或换成容器收集热介质。如热介质为空气，则可以直接排走，如果热介质是水，则可以换成废液容器。作为可选的实施例，本专利技术的热介质流动PCR扩增的方法能够通过不同温度的热介质流动实现温度控制，从而进行PCR扩增。该方法包括如下步骤：a)加有PCR反应溶液的反应容器插入(或连接在)一个可流过热介质的中空容器中，使反应容器能接触(或浸泡于)热介质；b)让预加热(或降温)到不同温度的热介质流过热介质容器，导致接触热介质的反应容器温度发生变化，从而在反应容器完成PCR扩增。作为可选的实施例，本专利技术的热介质流动型PCR反应系统包括：反应容器，储存反应液进行PCR反应；热介质容器，使反应容器的外壁至少部分接触流动性热介质；热介质控制装置，同时产生不同温度的热介质；热介质驱动装置，为热介质流动提供动力，控制其按要求流经热介质容器。其中，热介质容器为能插入(或连接)反应容器，并有热介质流动通路的中空容器。能插入(或连接)反应容器的通道也属于有热介质流动通路的中空容器。热介质是能流动的液体或气体。热介质温度的升降过程不在热介质容器中进行，热介质容器可以是固定设备，也可以和反应容器一起成为耗材。反应容器是容纳反应液进行PCR反应的单元，可以是能插入热介质容器的独立容器，也可是和热介质容器连成一体的耗材。热介质控制装置能产生不同温度的热介质，热介质驱动装置驱动不同温度的热介质按要求流入和流出热介质容器。例如，热介质驱动装置可以为采用重力驱动相应的通路开关的驱动设备。作为可选的实施例，热介质流动型热交换法可以包括如下步骤：(1)、获得多个具有不同温度的流动性热介质；(2)、在一个反应周期内使多个具有不同温度的流动性热介质顺次与反应液发生热交换，每次热交换后反应一段时间；(3)、依次进行多个反应周期，直至反应液内的反应结束。其中，步骤(2)中的反应液为PCR反应液。作为可选的实施例，热介质流动型热交换系统可以包括：温控装置，获得多个具有不同温度的流动性热介质；反应容器，储存反应液；热介质容器，使反应容器的外壁至少部分接触流动性热介质；热介质驱动器，驱动多个具有不同温度的流动性热介质在不同的反应周期内顺次与反应容器中的反应液发生热交换，每次热交换后反应一段时间，直至反应液内的反应结束。其中，温控装置可以包括多个温控器，多个温控器分别将与其一一对应的流动性热介质维持在相应的温度。流动性介质可以为气体或液体，气体可以为空气、氮气等。液体可以为水或导热油等。热介质流动型热交换系统包括：至少一个热介质通道，将多个具有不同温度的流动性热介质顺次输送至热介质容器内。反应容器与热介质容器可拆卸连接或者固定连接或者连接为一体。当二者固定连接时，反应容器与热介质容器可以作为耗材而整体替换。本专利技术的技术方案特别适用于PCR反应，其通过不同温度的热介质的依次持续性流动来实现对反应液的温度控制，从而顺利实现PCR扩增。本专利技术的反应原理为：将含有PCR反应液的反应容器插入或连接在热介质容器中，使反应容器能接触或浸泡于热介质中，期间，热介质驱动器使得不同温度的热介质按照一定的时序持续性流过热介质容器，导致接触热介质的反应容器温度发生变化，进而使反应液的温度发生变化，从而在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热介质流动型PCR扩增的方法，其特征在于：通过不同温度的热介质流动实现温度控制，从而进行PCR扩增，其包括如下步骤：a)加有PCR反应溶液的反应容器插入或连接在一个供热介质流经的中空热介质容器中，使反应容器能接触或浸泡于热介质；b)让预加热或降温到不同温度的热介质流过热介质容器，导致接触热介质的反应容器温度发生变化，从而在反应容器完成PCR扩增。

【技术特征摘要】
1.一种热介质流动型PCR扩增的方法，其特征在于：通过不同温度的热介质流动实现温度控制，从而进行PCR扩增，其包括如下步骤：a)加有PCR反应溶液的反应容器插入或连接在一个供热介质流经的中空热介质容器中，使反应容器能接触或浸泡于热介质；b)让预加热或降温到不同温度的热介质流过热介质容器，导致接触热介质的反应容器温度发生变化，从而在反应容器完成PCR扩增。2.一种热介质流动型PCR反应系统，其特征在于：其包括：反应容器，储存PCR反应溶液并进行PCR反应；热介质容器，使所述反应容器的外壁至少部分接触流动性热介质；热介质控制装置，同时产生不同温度的热介质；热介质驱动装置，控制不同温度的热介质按要求流经热介质容器。3.根据权利要求2所述的热介质流动型PCR反应系统，其特征在于：热介质容器为能可拆卸插入或固定连接反应容器，并有热介质流动通路的中空容器；和/或，热介质是能流动的液体或气体；和/或，热介质温度的升降过程不在热介质容器中进行；和/或，所述热介质驱动装置采用重力驱动。4.一种用于PCR反应的热介质流动型热交换法，其特征在于：其包括如下步骤：(1)、获得多个具有不同温度的流动性热介质；(2)、在一个反应周期内使所述多个具有不同温度的流动性热介质顺次与反应液发生热交换，每次热交换后反应一段时间；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷彦宁，
申请(专利权)人：冷彦宁，
类型：发明
国别省市：上海,31