[发明专利]用于样品分析与处理的快速热循环

说明书

用于核酸热处理的设备和方法。该设备使用反应器握持架以握持各个容纳反应材料的反应器，此反应材料含有核酸。该设备包含第一浴槽；和第二浴槽，浴槽介质可分别维持在两个不同的温度T_HIGH和T_LOW；以及一个转移装置，让反应器能在多个热循环中浸入此二浴槽，以交替地达到预定的高目标温度T_HT和预定的低目标温度T_LT，同时该装置根据以下组合里的至少一个条件制定了温度偏移机制，此组合包括：a)T_HT低于T_HIGH b)T_LT高于T_LOW，以及c)a)和b)中的条件。

技术领域

本发明涉及进行样品中核酸扩增反应的方法和装置。

背景技术

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。由于其高灵敏度和特异性，许多生物学研究人员在他们的核酸分析工作中使用PCR。PCR的时间周期通常约为1小时，主要是由于耗时的PCR热循环过程，该过程适于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，热循环设备和方法采用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设定为核酸扩增反应所需的目标温度。研究人员一直在努力提高热循环的速度。

热电冷却器(TEC)或珀尔帖冷却器也用作加热/冷却元件。然而，它提供了典型的1-5℃/秒的升温速率，这样的反应器变温速度是较慢的，并且不利地延长了热循环的时间。

作为通过减少热质量来提高PCR速度的尝试，本发明开发了具有嵌入式薄膜加热器和传感器的微加工PCR反应器，以实现74 摄氏度/秒的冷却速率和约60-90度摄氏/秒的加热速率。然而，这种用于制造PCR装置的晶片制造工艺非常昂贵，因此在满足生物学测试中低成本一次性应用的要求方面不切实际。

热空气和冷空气交替地冲洗封闭室中的反应器，以实现比基于TEC的热循环仪更高的温度升降速度。然而，从传热的角度来看，空气的导热系数和热容量远低于液体，因此空气循环仪的温升比液体慢。TEC需要大量的时间来加热和冷却其本身以及TEC上方的热块。此外还需要克服加热块和反应器之间的接触热阻。

人们也开发了交替型水冲洗循环系统，以两种不同温度的水交替地冲洗反应器以实现快速PCR。但是，这些装置包含许多泵，阀门和管道连接器，这些部件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。使用循环液态浴槽介质时，液体通常从浴槽中溅出。

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，这样的循环器具有包含大量水的大型加热浴槽，其在装载和处理中难以管理，也使得在热循环开始之前要达到目标温度所需的时间过长。这种循环器也具有大的设备重量和高功耗。水会随着使用而蒸发，需要加满。此外，在热循环期间，每当反应器交替地插入浴槽中时，当从每个浴槽中取出时，一层水仍然附着在反应器本体上，由此导致反应器内的温度变化被减慢。

研究人员还测试了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。

本发明提供了一种改进的方法和装置，用于在不使用复杂和昂贵的部件或消耗品的情况下以实惠的成本以超高速度实现核酸热循环。该设备结实耐用，重量轻，使用方便，需要少量加热介质，并且可为反应材料处理一次性反应器，以避免从一个反应器到下一个反应器的交叉污染。本发明对生物分析提供了很积极的正面影响。

发明内容