[发明专利]用于样品分析与处理的快速热循环

说明书

用于核酸热处理的方法和设备。所述方法至少使用第一浴槽和第二浴槽，此法还使用了反应器握持架以握持容纳反应材料的反应器，此反应材料含有核酸。此法将浴槽中的浴槽介质保持在两个不同的温度；并且交替地让反应器在多个热循环中进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，其中至少一个浴槽内的浴槽介质是一种高导热率的粉末。

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。许多生物学研究人员在他们的核酸分析工作中使用PCR，因为PCR拥有高灵敏度和高特异性。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被设定为核酸扩增反应所需的目标温度。研究人员一直都在致力于提高热循环的速度。

热电冷却器(TEC)或珀尔帖冷却器也被用作加热/冷却元件。然而，它所提供典型的1-5℃/秒的升温速率在改变反应器温度方面算是缓慢的，这不利地加长了热循环的时间。

作为通过减少热质量来提高PCR速度的尝试，具有嵌入式薄膜加热器和传感器的微加工PCR反应器已被开发出来，以在74℃/秒的冷却速率和约60-90℃/秒的加热速率下实现更快的热循环。然而，这种用于制造PCR装置的晶片制造工艺非常昂贵，因此在满足生物测试中低成本一次性应用的要求方面不切实际。

也有报道指出，相比采用热电冷却器的热循环仪，在封闭容器中以热空气和冷空气交替冲洗反应器的方法可以获得更快的温度攀升。然而，从热传导的角度来看，空气的导热系数和热容量远比液体的低，因此空气循环仪的升温速度比液体的慢。TEC需要大量的时间来加热和冷却其本身以及TEC上方的加热块。此外还需要克服加热块和反应器之间的接触热阻。

交替型水冲洗循环器也已被开发出来，以两个温度相异的水交替冲洗反应器以加快PCR的速度。但是，这些装置包含许多泵，阀门和管道连接器，这些连接器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。使用循环液体浴介质时，液体通常从浴液中溢出。

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，这样的循环器使用了包含大量水的大体积加热槽，而大水量使注水和放水过程难以掌控，这也使在热循环能开始之前，加热到目标温度的时间太长。这样的循环器设备沉重且功耗高。槽内的水在使用过程中会蒸发，需要添加。此外，在热循环中，每次所述反应器被交替插入这些水浴槽中，当反应器从水浴槽中取出时，一层水附着在反应器上，从而拖慢所述反应器内部的温度变化。

研究人员还测试了以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。

本发明提供了一种已被改良的方法和装置，用于在不使用复杂和昂贵的部件或耗材的情况下以超高速度和实惠的成本实现PCR。此装置坚固、轻便、使用方便、只需少量浴槽介质，能处理一次性反应材料，从而避免一个反应器与下一个反应器互相污染。本发明为生物分析领域带来了非常积极的影响。

发明内容

除非特别说明，否则术语“包括”和“包含”及其语法变体旨在表示“开放”或“包容性”语言，使得它们包括所记载的要素，但也允许包含额外未列举的要素。单词“基本上”并不排除“完全”。术语“第一浴槽”，“第二浴槽”，“第六浴槽”并不构成按照顺序的相应浴槽，而仅用于根据它们个别的功能进行识别。这些浴槽可能并不代表独立的实体，因为它们中的一些可能是可共享的。术语“热处理”包括：a)热循环，并且可选地包括：b)热循环之前和/或之后的热处理步骤。术语“热曲线”是指单单在(a)期间或在(a)和(b)期间反应器随着时间的温度变化。