[发明专利]核酸扩增系统及其方法

说明书

本发明揭露一种核酸扩增系统及其方法，利用外在能源驱使具区域热转换式的纳米粒子产生能量反应，使纳米粒子上之目标核酸进行聚合酶链反应(PCR)或恒温核酸扩增反应(isothermal amplification reaction)，并利用反应空间内液体进行制冷以达到快速的温度调控，扩增积聚在纳米颗粒的表面上的目标核酸。可透过离心、磁性捕获、侧流层析等方式进行纳米粒子浓缩捕获搜集。随后，可藉由分析扩增后之荧光强度分析、层色变化进行检测。

技术领域

本发明系关于一种核酸扩增系统，透过整合光热加热的方式，使用磁性或非磁性具备外在能源转换成区域热能之纳米粒子，并在纳米粒子表面进行聚合酶链反应或等温扩增反应，针对特定核酸片段快速放大。另外，再使用磁力捕获、离心、侧向流层析等的单分子浓缩程序，增殖核酸片段经由核酸标志或抗体辨识并藉由耦合酵素反应，以比色法方式达到快速检测。

背景技术

对于分子生物检测微量的生物样本，快速的核酸放大与检测一直面临着难题。过去十年，快速聚合酶链锁反应被验证可以经由快速的热循环与二代DNA聚合酶的发展，使快速核酸放大反应，整体可以在数分钟内完成，但也伴随着许多问题，如低扩增子的产量、平台的可扩充性与平台的热量管理。快速核酸放大的技术是实时诊断(point of care,POC)的核心技术，与传统的PCR仪相较，微流体式聚合酶连锁反应被证明更具技术优越性，也被广泛应用于检测微量生物样本，相较于传统聚合酶或是其他恒温式核酸扩增方法，因为微机电技术实现微型化的PCR，来达到快速地升温与降温操作与降低反应所需的试剂与样品量，虽实现可携式的分析装置，但这类系统需要精确的温控与流体操作，也因此相对地提高设计、制程及操作上的困难度，并不适当用于简单实时诊断的开发与应用。后端的核酸分子检测的技术多半仰赖物理或化学的表现方式，包含吸亮度、荧光、浓度、电阻抗甚至是流体黏度等方式来测定。

而在涉及细胞、细菌或病毒的种类鉴定，甚至是癌细胞筛检如存在于血液循环系统中极微量循环肿瘤细胞，藉由细胞表面特殊的抗原在细胞标志之辨识也扮演了非常重要的角色。然而，以循环肿瘤细胞为例，细胞标志如EpCAM或是CKs并不会显现在所有的循环肿瘤细胞上，另外在一些RNA病毒的鉴定，由于结构蛋白的高突变性，以传统抗体的检测，光是筛选出目标的标志的单株抗体就先得耗费非常多的时间。所以核酸检测的在设计上会比起抗体的检测来的容易，另外纵使筛选出来要进行后续的检测反应，核酸检测可藉由特定核酸片段增殖放大改善样本的浓度是否充足，以进行生物检测。

举例来说，如果要针对特定的癌细胞、细菌或是病毒进行筛选，现有的技术多半需要透过复杂的方式将各种可能含有抗原的目标或是核酸释出；且纵使释出核酸或抗原后，更有可能因为样本浓度过低，必须花费冗长的时间反应放大，才能让如生物芯片等器材得以发挥其作用。

因此，相关的生物检测往往因各个步骤需要筛选、培养、控制样本浓度数量，选择适当的检测仪器，最后进行数据分析等多道繁复的步骤，导致困难重重的局面。目前需要一套可以快速解决上述问题，又不失检测精确性的系统和方法。

发明内容

为了解决先前技术中所提到的问题，本发明提供了一种核酸扩增系统及其方法。其中，热循环核酸增殖反应并非以金属加热载具或散热风扇，以热导方式进行热循环反应，该核酸扩增系统主要包含一反应空间、一样本、复数个粒子、一酵素、至少一能源提供模块、至少一温度平衡物质以及一操控模块。

其中，该样本包含至少一待测物，且该样本置于该反应空间中。该复数个粒子与该样本混合，每个该粒子包含一本体、至少一第一配体以及至少一第二配体。该至少一第一配体设于该本体上，且该至少一第一配体与该至少一待测物匹配。该至少一第二配体设于该本体上，每个该第二配体上包含一特定标志。

至于该聚合酶同样与该样本混合，该至少一能源提供模块提供一外在能源予以该复数个粒子。该操控模块，用以操控该反应空间中之该复数个粒子。该反应空间中更包含至少一温度平衡物质，用于平衡该复数个粒子的温度。