用于样品分析与处理的快速热循环制造技术

用于核酸热处理的方法和设备。该设备使用反应器握持架以握持容纳反应材料的反应器，此反应材料含有核酸。该设备包括了：由隔热板所分隔的至少两个浴槽，其中各浴槽内的浴槽介质可被维持在一个目标温度；以及一个无需将反应器提离浴槽，而是让反应器通过选择性地打开任何两个相邻浴槽之间的隔板来进行一次或多次位置转换的转移装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于样品分析与处理的快速热循环
本专利技术涉及进行样品中核酸扩增反应的方法和装置。
技术介绍
聚合酶链式反应(PCR)对于分子生物学，食品安全和环境监测日益重要。许多生物学研究人员在他们的核酸分析工作中使用PCR，因为PCR拥有高灵敏度和特异性。PCR的时间周期通常约为1小时，主要因为PCR热循环过程耗时，该过程将含有样品的反应器加热并冷却至不同的温度以进行DNA变性、退火和延伸。通常，热循环设备和方法为在两个加热浴槽之间移动反应器，所述两个加热浴槽的温度被设定为核酸扩增反应所需的目标温度。研究人员一直都在致力于加快热循环的速度。热电冷却器(TEC)或珀尔帖冷却器也被用作加热/冷却元件。然而，它所提供典型的1-5℃/秒的升温速率在改变反应器温度方面算是缓慢的，这不利地加长了热循环的时间。作为通过减少热质量来提高PCR速度的尝试，具有嵌入式薄膜加热器和传感器的微加工PCR反应器已被开发出来，以在74℃/秒的冷却速率和约60-90℃/秒的加热速率下实现更快的热循环。然而，这种用于制造PCR装置的晶块制造工艺非常昂贵，因此在满足生物测试中低成本一次性应用的要求方面不切实际。也有报道指出，跟以热电冷却器为主的热循环仪相比，在封闭容器中以热空气和冷空气交替冲洗反应器的方法可以获得更快的温度攀升。然而，从热传导的角度来看，空气的导热系数和热容量远比液体的低，因此空气循环仪的升温速度比液体的慢。TEC需要大量的时间来加热和冷却其本身以及TEC上方的加热块。此外，还需要克服加热块和反应器之间的接触热阻。交替型水冲洗循环器也已被开发出来，以两批温度相异的水交替冲洗反应器以加快PCR的速度。但是，这些装置包含许多泵，阀门和管道连接器，这些连接器在处理高温和高压时增加了维护的复杂性并降低了可靠性。使用循环液体浴介质时，液体通常从浴槽中溢出。传统水浴PCR循环仪利用水的高导热性和热容量来实现有效的温度加热和冷却。但是，这样的循环器使用了包含大量水的大加热槽，而高水量使注水和放水过程难以掌控，这也致使在热循环能开始之前，把浴槽介质加热到目标温度的所需时间太长。这样的循环器设备沉重且功耗高。槽内的水在使用过程中会蒸发，需要添加。此外，在热循环中，每次反应器被交替插入这些水浴槽中后，当反应器被从水浴槽中取出时，一层水附着在反应器上，从而拖慢反应器内部的温度变化。研究人员还测试了以不同温度的移动加热辊交替接触反应器。然而，长管式反应器的使用不仅使安装和操作大量反应器麻烦，而且昂贵。当反应器处于大型阵列或面板中时，在所有反应器中实现加热均匀性可能具有挑战性。图1a为典型热循环设备的一部分的示意图，此设备可被用于核酸热循环，比如PCR、引物延伸或其它酶促反应。该设备拥有两个浴槽50和51，它们各自含有浴槽介质75、一个浴槽加热器17，以及被安装在浴槽表面，用于控制浴槽介质75的温度的浴槽温度传感器39。浴槽50适用于变性步骤，而浴槽51适用于退火和/或延伸步骤。浴槽介质75是液体。在一些实施例当中，如果浴槽51无需被加热，则低温浴槽51上的浴槽加热器17是可选的。为进行热循环，反应器15多次被交替地转移于浴槽50、51之间。反应器15由密封剂或盖77密封，而为了荧光或探针激发和荧光成像，反应器的一部分为透明，以让光线通过。荧光成像的设置可以处于其
中的任何形式。在此，浴槽51有个透明窗口25，以便让来自照射光源44的照射光抵达反应器15，以及让发射光束被接收器43接收。温度监测单元34可以是快速响应温度传感器38插入水或油或水上的一层油并且密封。尽管只示出了一个反应器15，根据其它实施例，反应器握持架33可容纳数个反应器15。反应器转移装置85包括了一个沿X轴线性导轨87移动的X台86，以将反应器15和温度监测单元34传送至浴槽50和51的上方，以及一个沿Z轴线性导轨89移动的Z台88，以将它们往下送入或往上提离浴槽介质75，如虚线途径200所示。反应器15具有用于装载和回收反应材料21的开口，而开口是可密封的。加快热循环速度一直都是业界所面临的挑战。本专利技术提供了一项改良好的设备，以在加快速度、价格公道、无需应用复杂和昂贵原件或耗材的条件下进行核酸热循环。此设备坚固、轻便、使用方便、只需少量浴槽介质，能处理一次性反应材料，从而避免一个反应器与下一个反应器互相污染。本专利技术为生物分析领域带来了非常积极的正面影响。
技术实现思路
除非特别说明，否则术语“包括”和“包含”及其语法变体旨在表示“开放”或“包容性”语言，使得它们包括所记载的要素，但也可包含额外的未列举的要素。术语“第一浴槽”，“第二浴槽”…..“第六浴槽”并不构成按照顺序的相应浴槽，而仅用于根据它们个别的功能进行识别。这些浴槽可能并不代表独立的实体，因为其中一些浴槽可能是可共享的。术语“热处理”包括：a)热循环，以及可选地包括:b)在热循环之前和/或之后的热处理步骤。术语“热曲线”指单单在(a)或在(a)与(b)期间反应器的温度-时间变化。根据第一方面，本专利技术提供了一个用于在热曲线里进行核酸热处理的设备。该设备使用一个反应器握持架以握持盛有包含核酸的反应材料的反应器，反应器可以是任何形式的，包括管状容器或多孔板或芯块或卡盒，至少两个浴槽被隔热板分隔，其中反应器可被维持在预定的温度；和一个转移装置，用于在无需将反应器提离浴槽的情况下选择性地开启隔板以让反应器一次或多次在至少两个相邻的浴槽之间转换位置。由于这项使用隔板的机制让设备无需将反应器从浴槽中提离就能使反应器在浴槽之间转移，设备可以更快的速度进行热处理。在此，设备可在启动热处理之前将反应器向下置入任何浴槽中，然后在热处理之后将反应器从任何浴槽中提离。隔板的隔热性质有助于维持两侧浴槽的温度。隔板只在反应器转换浴槽的短暂时间内维持在开启位置。根据一项优选的实施例，至少两个浴槽中包括一个第一浴槽，以让反应器达到预定的高目标温度THT，其中THT处于用在核酸的预变性与变性的85-99摄氏度范围内；和第二浴槽，以让反应器达到预定的低目标温度TLT，其中TLT处于用在将引物或探针退火于核酸或用在反应器热循环的引物延伸以达到聚合酶链式反应(PCR)扩增或引物延伸的45-75摄氏度范围。这些是在PCR热循环中常见的温度范围。根据一项实施例，反应器处于第三浴槽中以达到预定的中目标温度TMT，其中TMT用于将引物或探针退火于核酸。根据另一项实施例，反应器处于第四浴槽中以让反应器达到预定的中目标温度TMT，其中TMT用于将引物延伸于核酸。通过使用多于两个浴槽，此机制进一步加快了热循环的速度。在此，反应器可在热循环之前被往下放入所需的任何浴槽中，然后再热循环之后从任何浴槽中提离。使用者可根据所需实现的热曲线将TMT设置成TLT。该设备可进一步包括第五浴槽，以让反应器达到温度TAP，用于在热循环之前为反应器进行附加处理，附加处理可以是以下组的其中一项:逆转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)、热启动处理和等温扩增反应。该设备可进一步包括可在热循环之后于熔解曲线分析期间被逐渐加热的第六浴槽。第五和第六浴槽让热循环跟之前与之后的步骤整合在一起，并有利地使用该专利技术概念来缩短热处理的时间。将整个处理整合在单一设备有助于将处理过程自动化，也满足了由这些附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于按照热曲线对核酸进行热处理的设备，该设备使用反应器握持架来握持各自容纳反应材料的反应器，所述反应材料含有核酸，而反应器可处于任何形式，例如管状容器或多孔板或芯片或卡盒，该设备包括:由隔热板隔开的至少两个浴槽，其中各浴槽介质可被维持在一个预定的温度；和一个转移装置，用于通过选择性地打开隔板，在不将反应器提离浴槽的情况下让反应器一次或多次在至少两个浴槽中的任何两个相邻浴槽之间转换位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.12 SG 10201700260X;2016.06.10 US 62/348,151.一种用于按照热曲线对核酸进行热处理的设备，该设备使用反应器握持架来握持各自容纳反应材料的反应器，所述反应材料含有核酸，而反应器可处于任何形式，例如管状容器或多孔板或芯片或卡盒，该设备包括:由隔热板隔开的至少两个浴槽，其中各浴槽介质可被维持在一个预定的温度；和一个转移装置，用于通过选择性地打开隔板，在不将反应器提离浴槽的情况下让反应器一次或多次在至少两个浴槽中的任何两个相邻浴槽之间转换位置。2.根据权利要求1所述的设备，其中的至少两个浴槽包括：一个能让反应器达到预定的高目标温度THT的第一浴槽，其中THT处于85-99摄氏度的范围内，用于核酸的预变性和变性；以及一个能让反应器达到预定的低目标温度TLT的第二浴槽，其中TLT处于45-75摄氏度的范围内，用于将引物或探针退火于核酸或引物延伸，第一和第二浴槽用于让反应器实现聚合酶链式反应(...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚海庆，文燕，曾旭东，
申请(专利权)人：星阵私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG