用于热循环的设备和相关方法技术

一种设备包括：彼此基本相对布置的第一和第二珀尔帖装置；和热传导室，其基本限定在所述第一和第二珀尔帖装置之间，并被配置为在使用期间封闭反应容器，以促进所述反应容器和所述珀尔帖装置之间的热传递。述珀尔帖装置之间的热传递。述珀尔帖装置之间的热传递。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于热循环的设备和相关方法


[0001]使用依赖热循环和荧光检测的分子方法(例如，RT
‑
QPCR)直接对粗样品进行现场病原体检测。

技术介绍

[0002]需要解决的第一个问题是大体积反应的快速且均匀的热循环，以在尽可能短的时间内执行直接RT
‑
qPCR过程。正如COVID
‑
19大流行所证明的那样，能够在患者等待的同时和需要时进行检测具有相当大的商业优势，并且能够在任何地点进行此类检测而不需要基础设施(例如，不需要接通电源)或不用仅限于分子生物学专家进行操作，将获得进一步的优势。
[0003]众所周知，更快速的热循环提供了性能优势，因为当将粗样品直接添加到反应中时，在任何抑制性化合物存在的情况下，制造假产物或者招致额外时间的时间更少，如该申请(Carl Wittwer；Rapid thermal cycling and PCR kinetics.PCR Applications,Page:211
‑
229；1999)所指出。在共同未决申请GB2019052133中，专利技术人概述了从粗生物学样品中直接检测病毒病原体的过程。该说明书的一个关键方面是使用多轮逆转录来最大限度地提高低病毒滴度下病原体检测的机会。众所周知，病毒RNA在分子生物学常用的缓冲液中不稳定，特别是在存在聚合酶活性所需的二价阳离子的情况下，因此更快速的热循环对直接病原体检测化学具有额外的好处(Barshevskaia TN,Goriunova LE,Bibilashvili RSh.Non
‑
specific RNA degradation in the presence of magnesium ions].Mol Biol(Mosk).1987Sep
‑
Oct；21(5):1235
‑
41)。更快的热循环有利于PCR，同时也确保更多的病毒RNA靶点保持完整，因此增加了循环逆转录过程的实用性。大多数标准反应集中于25ul的体积。
[0004]本申请中的重点是更大的反应体积，这是由于必须在没有任何预先预处理步骤的情况下添加样品。
[0005]在传统的块式热循环仪中，固定管的块通过放置在金属块下方的一个或多个珀尔帖进行加热和冷却，在金属块中已经创建了反应容器的接受器。
[0006]在本说明书中，术语TEC、珀尔帖和热电冷却器可互换使用。类似地，术语反应容器、容器和管被认为是指在其中发生PCR反应的接受器。
[0007]在一些传统的热循环仪中，提供额外的加热装置以确保整个块的温度均匀性，但TEC装置与块保持紧密接触并因此使块进行有效地热循环，这与直接加热/冷却容器本身或其内容物相反。这会在系统中引入大量的热滞后，因为热传递是从珀尔帖装置传递到保持容器的金属块，然后传递到容器，最终传递到容器本身的液体内容物。
[0008]此外，PCR过程中常规使用的容器的特点是表面积与体积之比较低，从而导致容器内容物的热平衡速度较慢。由于容器由聚丙烯形成，而聚丙烯是一种有效的绝缘体，因此其不适合该过程所需的快速热转化，这一事实进一步加剧了这一问题。
[0009]此类块式热循环仪以现有技术(例如，Applied Biosystems和Roche所描述的US2005145273A1、EP2060324A1中公开的技术)为例，并且包括珀尔帖装置阵列，该阵列具有
在装置之间共享的单个散热器，以及附接到工作面的金属块，该工作面将样品接受器加工在其中，其通常采用96孔SBS微孔板格式。
[0010]已经描述了替代性方法，以提高热循环的速度和均匀性。这些方法包括犹他大学(University of Utah)和Corbett research在EP1674585A1和EP2227559A1中公开的空气热循环仪，但是玻璃毛细管(犹他大学)的体积和要求使得它们不适合该过程。
[0011]已经描述了进一步的替代方案，其通过将反应体积减少到纳升或个位数的微升范围来实现热变温速率，类似于US2014080133A1所公开。这些方案通常依赖于薄膜加热器或印刷电路装置以及小液滴尺寸反应的加热。因此，这些方案完全不适合直接RT
‑
qPCR方法，在该方法中，粗样品的体积会最低限度地为5ul，以便使足够的目标材料进入反应，并且它们无法以生物安全方式密封，因为它们通常使用粘合膜来密封。
[0012]例如在EP1885885A2中也描述了依赖于在静态热区域之间穿梭反应内容物的方法。这些方法依赖于使用非常小的反应并且具有移动部件或微流体和执行器，因此不适用于需要对大量粗样品进行生物安全处理的大体积直接RT
‑
qPCR反应的过程。
[0013]Alpha Helix已经描述了一种基于通过使用离心力来增加热均化速率的替代性方法，如EP1173284A1中所公开的。然而，该类方法需要使用能够离心的大型仪器，因此完全不适合现场便携式使用。
[0014]最后，已经描述了使用来自灯或微波的直接辐射(US27828606A)以及使用吹动的环境空气作为冷却系统的方法。这些方法在反应体积方面也遇到类似的问题，非标准反应容器和环境空气对于快速冷却较大的反应体积来说太慢。
[0015]总之，替代性方法依赖于小体积或使用由玻璃等材料制成的容器，这些材料不适合处理可能含有高致病性生物体的样品。因为粗样品必须添加为最终反应体积的最多20％，并且因为典型的反应体积可能在60ul总反应体积中10ul粗样品的范围内，或者在120ul反应体积中20ul粗样品的范围内，所以本申请和共同未决申请中描述的直接病原体方法需要更大的反应体积。
[0016]针对这些限制的技术解决方案是消除对样品支架或“块”的要求，并使用一对相对的珀尔帖单体直接保持整个反应容器，并创建热封闭室，其中基本上所有的反应容器都与珀尔帖和热传导室(TCC)表面直接接触。这减少了热接点的数量和样品支架本身的质量，使得热量直接泵入和泵出反应容器。再结合使用由导热材料形成并具有增加的表面积与体积之比的反应容器，确保容器内容物的快速热循环和平衡。
[0017]在传统的热循环仪中，反应容器的一部分可能总是暴露在加热部分的表面上方。将基本上所有的反应容器封闭在循环部分内确保了整个反应体积(液体)将在快速循环条件下均匀地循环，并且不再需要在反应容器上方设置加热盖子以防止冷凝。该实施方式将被称为热传导室(TCC)，以表示封闭的直接传导室概念，其中整个反应容器基本上位于温控室内，因此容器内容物能够根据过程要求快速达到均匀温度。
[0018]在一些实施例中，本文描述的设备还包括帽部分，例如两用帽部分。两用帽部分通常包括中心珀尔帖并且能够a)加热到足够的温度以便将容器的盖子焊接到容器的主体上(并且同时移除任何额外的多余的盖子材料以允许容器和盖子完全位于TCC内)；并且b)根据特定测定的反应条件，在适当的温度范围之间循环，以便防止由于容器和盖子基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种反应容器，其包括被配置为联接在一起以将其内容物容纳在其中的主体和盖子，其中所述主体和盖子各自包括可焊接部分，所述可焊接部分被配置为使得当联接到所述主体时将所述盖子加热至预定温度，引起所述可焊接部分的熔合，以密封所述反应容器内的所述内容物。2.根据权利要求1所述的反应容器，其中所述可焊接部分包括所述主体和盖子的相应凸缘部分。3.根据权利要求1或2所述的反应容器，其中所述主体包括大致矩形或矩形横截面，所述大致矩形或矩形横截面包括两个主侧面和两个次侧面，并且可选地其中主壁和/或次壁朝向所述盖子发散。4.根据权利要求1至3中任一项所述的反应容器，其中所述盖子具有包括两个主侧面和两个次侧面的大致矩形形状，并且其中所述盖子的所述凸缘部分从所述主侧面和/或次侧面延伸。5.根据权利要求1至4中任一项所述的反应容器，其中所述盖子包括塞子，所述塞子被配置为关闭所述主体中的开口。6.根据权利要求1至5中任一项所述的反应容器，其中所述盖子的所述可焊接部分包括围绕所述塞子的周边形成的焊缝。7.根据权利要求1至6中任一项所述的反应容器，其中所述反应容器包括紧固装置，所述紧固装置被配置为当所述盖子和主体联接在一起时将所述盖子固定到所述主体。8.根据权利要求1至7中任一项所述的反应容器，其中所述盖子或主体包括一个或多个立柱，所述一个或多个立柱被配置为引导其间的联接。9.根据权利要求1至8中任一项所述的反应容器，其中所述主体包括衬圈，所述衬圈被配置为在所述可焊接部分的熔合期间抑制或阻止从所述盖子到所述反应容器的所述内容物的热传递。10.根据权利要求1至9中任一项所述的反应容器，其中所述主体包括用于对所述反应容器的所述内容物进行光学询问的一个或多个窗口部分。11.根据权利要求1至9中任一项所述的反应容器，其中所述反应容器由导热材料制成，可选地负载有辅助材料的主要材料可选地，其中所述主要材料包括聚丙烯、玻璃、丙烯酸、尼龙和聚碳酸酯中的一者或多者，并且可选地其中所述辅助材料包括碳、石墨片、石墨粉、陶瓷、氮化硼和金刚石粉中的一者或多者。12.根据权利要求1至11中任一项所述的反应容器，其中所述反应容器可适用于聚合酶链反应方法、分子酶促过程、等温扩增过程或抗体介导反应。13.根据权利要求1至12中任一项所述的反应容器，其中所述反应容器的体积为：a)20ul至120ul之间，或者30ul至110ul、40ul至100ul、50ul至90ul、60ul至80ul或70ul之间；b)至少20ul，例如至少30ul、40ul、50ul、60ul、70ul、80ul、90ul、100ul、110ul或至少120ul；和/或c)小于120ul，例如小于110ul、100ul、90ul、80ul、70ul、60ul、50ul、40ul、30ul、20ul。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的反应容器，其中所述反应容器的所述壁的厚度为：a)0.4mm至1.0mm之间，或0.5mm至0.9mm之间，或0.6mm至0.8mm之间；b)小于1.0mm，小于0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm；和/或c)至少0.4mm，或至少0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm或至少0.9mm；或者d)0.6mm。15.根据权利要求1至14中任一项所述的反应容器，其中所述反应容器的表面积与体积之比为：a)1:0.3和1:0.82之间，例如1:0.3和1:0.7之间；1:0.4和1:0.6之间，或者1:0.65和1:0.73之间；和/或b)至少1:0.3，例如至少1:0.4、1:0.5、1:0.6、1:0.65、1:0.7、1:0.73、1:0.8、1:0.9。16.一种反应容器，其包括主体和盖子，适用于聚合酶链反应方法、分子酶促过程、等温扩增过程或抗体介导反应，并且其中所述主体包括大致矩形或矩形横截面，所述大致矩形或矩形横截面包括两个主侧面和两个次侧面，并且可选地其中主壁和/或次壁朝向所述盖子发散。17.根据权利要求16所述的反应容器，其中所述盖子具有包括两个主侧面和两个次侧面的大致矩形形状，并且其中所述盖子的凸缘部分从所述主侧面和/或次侧面延伸。18.根据权利要求16或17中任一项所述的反应容器，其中所述反应容器由导热材料制成，可选地负载有辅助材料的主要材料可选地，其中所述主要材料包括聚丙烯、玻璃、丙烯酸、尼龙和聚碳酸酯中的一者或多者，并且可选地其中所述辅助材料包括碳、石墨片、石墨粉、陶瓷、氮化硼和金刚石粉中的一者或多者。19.根据权利要求16至18中任一项所述的反应容器，其中所述反应容器具有：A)以下体积：a)20ul至120ul之间，或者30ul至110ul、40ul至100ul、50ul至90ul、60ul至80ul或70ul之间；b)至少20ul，例如至少30ul、40ul、50ul、60ul、70ul、80ul、90ul、100ul、110ul或至少120ul；和/或c)小于120ul，例如小于110ul、100ul、90ul、80ul、70ul、60ul、50ul、40ul、30ul、20ul；B)具有以下厚度的壁：a)0.4mm至1.0mm之间，或0.5mm至0.9mm之间，或0.6mm至0.8mm之间；b)小于1.0mm，小于0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm；和/或c)至少0.4mm，或至少0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm或至少0.9mm；或者d)0.6mm；和/或C)以下表面积与体积之比：
a)1:0.3和1:0.82之间，例如1:0.3和1:0.7之间；1:0.4和1:0.6之间，或者1:0.65和1:0.73之间；和/或b)至少1:0.3，例如至少1:0.4、1:0.5、1:0.6、1:0.65、1:0.7、1:0.73、1:0.8、1:0.9。20.一种离心机，其被配置为保持根据前述权利要求中任一项所述的反应容器。21.一种离心机，其被配置为保持具有大致矩形或矩形横截面的反应容器，可选地被配置为保持具有包括两...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：BG研究有限公司，
类型：发明
国别省市：