[发明专利]热循环装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制反应混合物的温度的设备和方法，具体涉及用于核酸扩增的热循环装置。然而，应理解的是，本发明不局限于该特定的使用领域。

背景技术

本说明书中对任何在先公开(或来源于任何在先公开的信息)、或对已知的任何主题的参考不作为、并且不应作为在先公开(或来源于在先公开的信息)或已知的主题形成本说明书所涉及的努力领域中的公共常识的一部分的确认或承认或任何形式的建议。

PCR是包括多次循环的技术，其在每次完成循环时产生确定的多核苷酸序列的指数式扩增。PCR技术是众所周知的并且已在许多书籍中描述，包括PCR：A Practical Approach M.J.McPherson等，IRLPress(1991)、PCR Protocols：Innis等的A Guide to Methods andApplications，Academic Press(1990)和PCR Technology：Principals andApplications for DNA Amplification H.A.Erlich，Stockton Press(1989)。PCR还在许多美国专利中描述，包括U.S.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。

PCR技术典型地包括步骤使多核苷酸变性、继之以步骤使至少一对寡核苷酸引物(primer oligonucleotides)退火成变性的多核苷酸，即将引物杂交成变性的多核苷酸模板。在退火步骤之后，具有聚合酶活性的酶催化新多核苷酸链的合成，该合成结合寡核苷酸引物并将初始变性的多核苷酸用作合成模板。该系列的步骤(变性、引物退火、和引物延伸)构成PCR循环。

当重复循环时，因为来自较早循环的新合成的多核苷酸能在随后循环中用作用于合成的模板，所以新合成的多核苷酸的量指数增长。典型地成对选择能退火成给定双链多核苷酸序列的相反链的寡核苷酸引物，使得扩增两个退火部位之间的区域。

DNA的变性典型地出现在大约90℃至95℃，典型地在大约40℃至60℃执行使引物退火到变性的DNA，而典型地在大约70℃至75℃执行通过聚合酶使退火引物延伸的步骤。因此，在PCR循环期间，必需改变反应混合物的温度，并且在多循环PCR试验期间必需多次改变反应混合物的温度。

PCR技术具有各种各样的生物应用，例如包括DNA序列分析、探针产生(probe generation)、核酸序列的克隆、定点突变、遗传突变的检测、病毒感染的诊断、分子“指纹图谱”和生物流体及其它源中污染微生物的监控。

除PCR之外，包括如在授予Landegren和Hood的美国专利No.4,988,617中公开的连接酶链反应的其它体外的扩增过程是已知的，并有利地用于现有技术。一般地说，生物技术领域中已知的几种重要方法，诸如核酸杂交和排序，取决于以受控方式改变包含样本分子的溶液的温度。常规的方法依赖于通过不同的温度带循环的单独的孔或管(individual wells)的使用。例如，在现有技术中公开了用于DNA扩增和排序的多个热“循环器”，其中温度受控元件或“块(block)”保存反应混合物，并且其中随时间改变块的温度。这些装置的一个优点是能同时处理相对大量的样本，例如通常采用96孔板(well plates)。然而，这样的装置具有的各种缺陷在于，它们循环反应混合物相对慢，它们操作起来能源消耗量相对大，温度控制不理想，以及反应混合物现场的检测困难。

在努力避免这些缺点中的若干缺点的过程中，已研制了其它的热循环器，其中用于保存反应混合物的多个容器支撑在可旋转的转盘上，该可旋转的转盘以可旋转的方式安装在适合于受热和受冷的腔室内。例如，见授予Wittwer等的美国专利No.7,081,226。然而，这些装置仍具有各种缺点。例如，对反应混合物的温度的控制不理想，对反应混合物的加热和冷却的速度的控制不理想，并且这些装置具有相对低的能量效率。

因此，仍然需要用于PCR的热循环器，其提供反应混合物改善的温度控制、使用不复杂、能提供在试样容器中出现的反应的实时分析、并且能量高效。

本发明寻求克服或改善上述现有技术的缺点中的至少一个缺点，或者提供有用的替代。

发明内容

在第一种广泛的形式中，本发明寻求提供用于控制在反应容器内保存的反应混合物的温度的设备，所述设备包括：