[发明专利]用于核酸定量分析的反应器

说明书

发明背景

在生物分析和新出现的基因组学领域中目前使用的重要技术是DNA的聚合酶链反应（PCR）扩增。由于这种有力工具，可以从否则无法检测量的DNA开始且产生用于后续分析的大量材料。PCR使用重复系列的步骤以产生位于两个起始（“引物”）序列之间的多核苷酸序列拷贝。从模板、两个引物序列（通常长度约15-30个核苷酸）、PCR缓冲液、游离脱氧核苷三磷酸（dNTPs）和热稳定的DNA聚合酶（通常为来自栖热水生菌（Thermus aquaticus）的TAQ聚合酶）开始，将这些组分混合，并且加热以分离双链DNA。后续冷却步骤允许引物对于含有待扩增序列的单链DNA分子上的互补序列退火。靶序列的复制通过DNA聚合酶完成，这产生与模板互补的DNA链。这个过程的重复加倍目的序列的拷贝数，并且多重循环指数增加拷贝数。

因为PCR要求在较高和较低温度之间的重复循环，所以PCR装置必须由能够经得住此类温度变化的材料制造。材料必须是在高温机械和化学稳定的，并且能够经得住反复的温度变化而无机械降解。此外，材料必须与PCR反应自身相容，并且不抑制聚合酶或结合DNA。

常规PCR一般在管、微板和毛细管中进行，所有这些可以方便地密封。然而，这些管、微板和毛细管的几何学致使其不适合于渐消波检测法（evanescent wave detection method）。

当使用渐消波检测法时，存在增加信噪比的两种常见策略。一种方法增加实际杂交信号。另一种方法减少本底信号。

存在可以用于增加实际杂交信号的多种技术方案。一种已知方案利用更灵敏的荧光标记。另一种已知方案通过修饰暴露条件如缓冲液组成和温度、或使用具有高信噪比的检测器来增加杂交效率。

然而，这些技术方案不能完全解决问题或引起其他有疑问的结果。作为例子，使用更灵敏的荧光标记还可以增加本底噪声。此外，改变暴露条件可以减少扩增效率，并且高品质检测器一般是成本高得惊人的。

与渐消波传感中的高本底信号有关的某些原因和方案已在几个技术文件中加以讨论。作为例子，M. Yoshida等人1993 Meas. Sci. Technol.4 1077-1079描述了至更长的激发波长过程的转变，以便将灵敏度增加比常规系统中获得那种高的数量级。此外，基底的小平面可以精细抛光以便减少在光学基底表面上的散射。WO 2008/092291 Al还描述了多层反射或吸收涂层可以如何涂覆在基底底部上的粘附区域上，以阻止通过粘合剂引起的任何散射。

上述方案仅能够消除在反应缓冲液内生成的某些不需要的荧光本底信号，在所述反应缓冲液中存在高浓度荧光分子。其余不需要的荧光本底信号一般来自四个不同方面。

一个方面是检测器的固有噪声。这个方面非常难以消除。

第二个方面来自在盖板和反应缓冲液之间的界面。该界面引起在荧光标记的DNA分子和盖板表面之间的非特异性结合。已作出通过多种表面修饰法减少非特异性结合的尝试，这增加盖板表面的惰性特征（例如通过预杂交）。参见通过Alan R. Kimmel，Brian Oliver的Methods in Enzymology: DNA Microarrays，第410卷，第157页。

第三个方面涉及反应缓冲液内，在其中存在激发光的散射，从而使得激发光以不同方向传送进入反应缓冲液内。散射的激发光在盖板和反应之间的界面上未获得完全反射，而是引起反应缓冲液内的荧光分子的激发/发射。WO 2008/092291 Al描述了通过抛光或使用多层反射或吸收涂层来修饰盖板，以阻止散射。

附图简述

本发明的实施方案可以通过参考举例说明此类实施方案的下述说明书和附图得到最佳理解。在附图中：

图1举例说明了能够渐消波检测微阵列的PCR过程中荧光标记的扩增子的药筒（cartridge）视图。

图2举例说明了能够渐消波检测微阵列的PCR过程中荧光标记的扩增子的药筒侧视图。

图3举例说明了能够渐消波检测微阵列的PCR过程中荧光标记的扩增子的另一个药筒视图。

图4举例说明了能够渐消波检测微阵列的PCR过程中荧光标记的扩增子的另一个药筒侧视图。

图5举例说明了基于渐消波检测操作的示例微阵列阅读器的断面视图。

图6举例说明了通过CCD检测器捕获的图像，所述CCD检测器举例说明了两个不同盖板的完全荧光本底，其中一个盖板由K9玻璃形成，并且另一个盖板由石英制成。