[发明专利]一种进行磁循环反应的装置

说明书

本申请是1994年6月9日提出的美国专利申请顺序号08/074,345的部分继续申请。

本发明涉及扩增特异的核酸序列。更具体地讲，本发明涉及用本文中称作磁循环反应的反应剂和方法来扩增这样的特异核酸序列。尤其是，本发明涉及一种用于进行这样的磁循环反应以体外扩增特异核酸序列的装置。

能够扩增特异的DNA序列已大大促进了分子生物学、药学以及法医学领域的发展。被称作PCR的扩增特异DNA序列的早期方法是利用双链DNA分子热变性、然后是引物与单链的降低温度退火以及通过聚合酶使引物延伸而重新产生双链的交替循环。Mullis在美国专利号4,683,202(1987)中公开了这一方法，其中在两个循环之间必须加入新的聚合酶，来替代由于热变性步骤的温度升高而失活的聚合酶。Mullis等人在美国专利号4,683,195(1987)中讲述了应用这一方法来检测样品中某一特异核酸序列的存在或缺乏，或者应用这一方法来鉴别样品中不同的特异核酸序列。

这些早期方法有很大不便，即在两个循环之间必须加入聚合酶。这一不便通过发现一种纯化的热稳定性DNA聚合酶而被克服。Gelfand等人在美国专利号4,889,818(1989)中公开了从嗜热细菌栖热水生菌(Thermus aquaticus)纯化的一种热稳定性聚合酶。Mullis等人于美国专利号4,965,188(1990)中公开了一种利用热稳定性聚合酶扩增特异DNA序列的方法，因而避免了在两个循环之间必须加入聚合酶。Johnson等人在美国专利号5,038,852(1991)中公开了一种自动进行利用该热稳定性聚合酶的聚合酶链式反应的装置。

在以热变性为基础的链式反应中应用热稳定性聚合酶已减少扩增特异核酸序列的不便，并且有助于这一方法具有大的经济上的可接受性。遗憾的是，由于热变性步骤而必需的对热稳定性酶的应用已对该扩增方法造成严重限制。这些限制中最主要的是扩增方法的保真性、可扩增的核酸序列的大小，以及进行扩增反应需要的时间。该热稳定性聚合酶比很多已知的中温来源的聚合酶更易在引物延伸反应中出现错误。在为克隆而预备应用该扩增方法时，这可能是不可忽视的问题。此外，已成功地用热稳性聚合酶扩增的核酸序列仅仅大约10千碱基(kb)或更少。最后，该热稳定性聚合酶是以极低的速率来聚合脱氧核苷三磷酸。加上热变性和退火步骤所需的不多的时间，这一缓慢的聚合反应的结果是扩增过程要用数小时。

因此，需要有一种克服以热循环为基础的方法的缺陷的、扩增特异核酸序列的方法。理想的是，该方法应该减小可扩增的靶核酸的大小，也减少扩增过程所需的时间。最优选的是，该方法应该是依赖于结构上相对简单的仪器。该方法是由在于1994年6月9日提出的、共同拥有的、待批的美国专利申请顺序号08/074,345中公开的磁循环反应构成的。磁循环反应的成功使能有效进行这些反应的装置成为必需。

本发明提供了一种使扩增特异核酸序列的方法成为可能的装置，该方法比现有方法要快、具有更大的保真性，并且能扩增大得多的靶核酸。文中将这一新方法称为“磁循环反应”或“MCR”。MCR的优点是由于其利用电磁而达到扩增所必需的链分离。使用电磁来分离链避免了必需在灭活聚合酶的条件下进行扩增过程。因此，本发明提供了方便，即不用热稳定性聚合酶，而可以用中温聚合酶来不停地循环扩增特异的核酸序列。这些中温聚合酶以比已知热稳定性聚合酶至少快1.5个数量级的速率来催化序列延伸。此外，这些中温聚合酶比热稳定性聚合酶有大得多的保真性。而且，中温聚合酶比热稳定性酶要更有持续力，可扩增长达100或100以上kb的靶核酸。因此，本发明提供了特异核酸的扩增方法，它比现有的不间断方法更快更准确，并且可用于扩增大得多的靶核酸序列。

本发明提供了一种进行磁循环反应的装置，它包括以下元件的组合：

一个恒温样品元件。它包括一块具一列多个样品管槽的板和用来控制样品元件温度的装置；其中，磁循环反应样品管被放置在样品管槽中。

第一磁元件。其中，该第一磁元件位于样品元件上方并与之接近。其中，该第一磁元件包括一组多个线圈。其中，这些线圈包括围绕软铁心的多匝导电金属丝，并且，其中通过组成线圈的金属丝的电流通量产生环绕该第一磁元件的磁场；

第二磁元件。其中，该第二磁元件位于样品元件下方并与之接近。其中该第二磁元件包括一组多个线圈。其中，该线圈包括围绕软铁心的多匝导电金属丝，并且其中通过组成线圈的金属丝的电流通量产生环绕该第二磁元件的磁场；