[发明专利]聚合酶连锁反应的仪器与方法

说明书

在一聚合酶连锁反应中扩增一反应混和物中的目标核酸序列的方法或仪器。该方法包括将反应混合物和可吸收电磁波频率的粒子接触，该粒子可由一种材料所形成，该种材料可为一种过渡金属，或一种过渡金属氧化物或一种过渡金属氢氧化物，或一种有掺杂过渡金属或过渡金属氧化物的第三族金属的氮化物、磷化物或砷化物，或一种有掺杂过渡金属、过渡金属氧化物或过渡金属氢氧化物的二氧化硅；以频率约为200kHz至500THz的电磁波照射可吸收电磁波的粒子以扩增目标核酸序列。该第三族金属可为铝(Al)、镓(Ga)或铟(In)，且该过渡金属可为锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)或铜(Cu)。

交叉参考

本申请要求2014年09月02日提交的美国临时申请No.62/044413的权益，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本揭露与聚合酶连锁反应(polymerase chain reaction，PCR)扩增核酸序列的方法有关。更明确地，本揭露与利用电磁波并结合具有过渡金属材料的电磁波(electromagnetic radiation，EMR)频率吸收粒子做为聚合酶连锁反应扩增核酸序列的产热源有关。

背景技术

聚合酶连锁反应是一种能由单一或多个目标DNA模版(template)合成多套单个或多个DNA片段的技术。传统的聚合酶连锁反应过程是基于由Thermus aquaticus菌(Taq)所萃取出对热稳定的DNA聚合酶发展而来，该酵素能够在具有四种DNA碱基一腺嘌呤(adenine)、胸腺嘧啶(thymine)、胞嘧啶(cytosine)、鸟嘌呤(guanine)，和一对DNA引子(primer)的一混合物中，针对一指定的DNA单股(given strand)合成一互补股(complimentary strand)。该混合物被加热以将DNA双螺旋结构分离为包含目标DNA序列的单股，随后令该混合物冷却，使该引子与位于分离单股上的互补序列杂交，Taq聚合酶并延长引子成为新的互补股。如此重复的加热和冷却循环能指数放大该目标DNA，每一新形成的双股螺旋结构可成为两个新的模版分子以供后续合成。

典型的聚合酶连锁反应温度设定包括：(1)在95℃持续15～30秒，使DNA变性(denaturation)；(2)与引子在适当的黏合(annealing)温度杂交(hybridization)，持续30秒～60秒；(3)在72℃延展(elongation)或延长(extension)已杂交的引子一段时间，这段时间的长短是依待扩增DNA分子的长度来决定，一般来说大约是30秒～60秒。该变性和杂交的步骤几乎是在一瞬间发生，然而，在传统聚合酶连锁反应仪器中若使用金属加温组件或水作为温度平衡的用，其温度变化的速率大概是1℃/秒。由于在聚合酶连锁反应中尚须加热和冷却DNA分子的外的物质，因此仅靠上述的传统温度循环设计是不足的。

附图说明

本说明将可由以下的叙述配合附图被更佳地理解，其中：

图1揭示符合本揭露的一种示意性小型聚合酶连锁反应装置的结构，及其与一使用者装置的互动关系。

图2揭示符合本揭露的一种示意性小型聚合酶连锁反应装置与图1所显示的使用者装置间的接口。

图3A显示符合本揭露的四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米粒子于太拉赫兹(terahertz)波长的电磁波吸收频率谱段。

图3B显示符合本揭露的四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米粒子于1.3MHz的电磁波吸收频率谱段。

图4A为本揭露的实施例1.1中，粒子随时间进程的温度变化。

图4B显示符合本揭露的实施例1.1中，粒子在聚合酶连锁反应循环中温度上升的速率。

图4C显示符合本揭露的实施例1.1中，粒子在聚合酶连锁反应循环中温度下降的速率。