[发明专利]一种基于场效应管的聚合酶链式反应的装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种基于场效应管的聚合酶链式反应的装置及其使用方法，装置包括基板、多个样品孔、场效应管、印刷电路、转换接口及控制器；场效应管包括第一场效应管和第二场效应管；场效应管通过印刷电路连接到转换接口，转换接口与控制器连接。使用方法：S1、将反应物加入到样品孔内；S2、将包含有场效应管的装置连接至控制器；S3、通过电源控制第二场效应管加热，使双链DNA模板氢键断裂；S4、减小背栅电压或电流，降温，形成局部双链；S5、增大背栅电压或电流，升温，从引物的5′端向3′端延伸；S6、重复步骤S3～S5，实现周期性的聚合酶链式反应。本发明解决了现有技术中只能实现单一温度及循环次数控制，并且产物检测复杂等问题。

技术领域

本发明涉及聚合酶链式反应技术领域，具体涉及一种基于场效应管的高通量聚合酶链式反应的装置及其使用方法。

背景技术

聚合酶链式反应(PCR)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，目前被广泛的用于各种生物类科研机构的生物体外DNA快速复制，PCR的最大特点是能将极其微量的DNA成几何级数的快速扩增。因此，PCR技术广泛应用于遗传、生化、免疫、医药等领域，不仅可以实现基因分离、克隆和核酸序列分析等基础研究，还可用于疾病的诊断或任何涉及到DNA和RNA的领域，展现出了强大的应用前景。

根据实验情况，聚合酶链式反应是利用DNA在体外摄氏95°高温时变性成单链，低温(通常是60℃左右)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适宜反应温度(72℃左右)，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链。所以聚合酶链式反应是在模板DNA、引物和4种脱氧核苷酸存在的条件下，依赖于DNA聚合酶的酶促合反应，将待扩增的DNA片段与其两侧互补的寡核苷酸链引物经“高温变性——低温退火——引物延伸”三步反应的多次循环，使DNA片段在数量上呈指数增加，从而在短时间内获得我们所需的大量的特定基因片段。而基于聚合酶制造的PCR仪实际就是一个温控设备，能在变性温度，复性温度，延伸温度之间很好地进行控制。

然而，目前的PCR仪的温控仅能够实现全PCR孔板，材质以聚丙烯为主(较常使用的为96孔或384孔的PCR板)，或PCR孔管(PCR单管、PCR联管)共同升温或者降温至特定温度，对于单个孔板或孔管的温度是不具备温度控制能力的。同时传统的PCR仪仅能够设定循环温度和次数，无法确定聚合酶链式反应循环后产物总量，为了能够实时测定产物总量，一般需要在反应体系中加入荧光基因，并且使用实时荧光定量PCR来以荧光信号通过内参或者外参法对待测样品中的特定DNA序列进行定量分析。由于在PCR扩增的指数时期，模板的Ct值和该模板的起始拷贝数存在线性关系，所以成为定量的依据。而具有实时荧光定量的PCR不仅增加了大量的操作步骤，同时相比起普通的PCR其设备价格也非常高昂。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是解决现有技术中PCR仪只能实现全PCR孔板共同升温或者降温，对于单个孔板或孔管的温度不具备温度控制能力，并且聚合酶链式反应循环后产物总量检测复杂麻烦等技术问题。

为了实现本发明这些目的和其它优点，本发明提供了一种基于场效应管实现高通量聚合酶链式反应的装置，在同一样品区域制备两种不同类型的场效应晶体管。其中之一利用调节背栅电压来实现原位加热达到聚合酶链式反应不同阶段所需的温度，另一种利用离子浓度的变化导致的场效应晶体管源极和漏极之间电流的变化来实时检测循环后产物的总量。从而实现高通量聚合酶链式反应及产物检测。同时对于不同类型的场效应晶体管可大规模阵列及图形化制备，从而达到高通量聚合酶链式反应。