[发明专利]用于PCR的快速温控装置及温控方法

说明书

本发明公开了一种用于PCR的快速温控装置及温控方法，该装置包括：沿圆周布置的至少3个提供不同温度控制目标值的温控组件；与温控组件一一对应的至少3个热源组件；以及温控目标组件，其包括接收机构以及驱动机构，接收机构旋转时，接收机构及其上的温控目标能够依次进入和离开每一个温控模块的温控区域，以使得温控目标可在不同温度值的温控区域之间进行切换。本发明使多个温控区域保持固定且维持相应的恒温环境，而控制温控目标进行旋转运动以按顺序在不同温控区域反复切换，既省去了同一个温控区域在相邻温度之间进行温度变化所需的时间，也省去了温控区域自身逐渐变化至要求的温度所需的时间，能够大大缩短PCR反应中温控所需的时间。

技术领域

本发明涉及DNA检测领域，特别涉及一种用于PCR的快速温控装置及温控方法。

背景技术

PCR，即聚合酶链式反应，是一种DNA的快速扩增技术，是实时荧光定量PCR、基因测序和基因芯片等分子诊断的必要环节，在人类社会生活中应用广泛。PCR温控过程是一个较为复杂的过程，通常需要在三个温区不断的切换，例如，一个完成的PCR温控过程可以为：

步骤一：将样品加热到90-96℃进行变性；

步骤二：将样品降温到60℃～65℃进行退火；

步骤三：将样品加热到70℃～75℃进行延伸。

步骤四：重复步骤一至步骤三25～40次。

可见，PCR温控过程是一个较为复杂的过程，需要反复进行温区的切换。

PCR微芯片是利用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术和微流控技术制备的微流体芯片，微流控芯片具有体积小、比表面积大、集成度高、反应速度快、传热快等特性，得到了广泛应用。根据芯片样品腔室的不同，PCR可以分为静态腔室PCR和动态连续流式PCR。前者是传统PCR的微型化，反应混合物固定在微反应池内，其温度不断地反复循环；后者是DNA样品和反应物通过连续流动经过三个不同的恒温带,从而达到DNA片段扩增的目的。

通常的静态腔室PCR中，温区在不同温度间切换时需要通过如帕尔贴、PI膜加热片等温控装置先进行温区自身的温度变化，达到设定的温度，然后对温控目标进行温控，由于温区自身的温度变化取决与升、降温速度，一般只能达到2～5℃/s，导致温区自身的温度变化消化时间长，大大延长了PCR温控时间。针对该缺陷，专利CN111346685A公开了一种可实现快速温控的装置和方法，其采用具有适合温度的流体直接进入温控腔体中替换原来的流体，是实现温度快速控制，而不需要通过温控部件逐渐加热或降温温控腔体，减少了温控过程中的升温和降温过程所需时间，提高了温控的速率。该可实现快速温控的装置和方法提供了一种较好的快速温控思路，在一定程度上解决了温区自身的温度变化耗时长的问题，但仍然存在不足：其通过适合温度的流体进入温控腔体中替换原来的流体，这一过程中同样需要消耗一定的时间(一般需要数秒)，且流体替换的均匀性和效率难以保障，容易导致耗时的增长或是温度控制精度的下降。例如，其采用流体注入的方式替换原来的流体时，沿流体主流动方向的流体能快速替换，而边缘部分的流体替换缓慢，导致整个温控腔体的流体替换不均匀，最终导致温度不均匀，导致温控效果和效率降低。

通常的动态连续流式PCR是通过微流控技术将PCR反应溶液在不同温区之间流动。这种方法不存在升降温的过程，能减少时间消化。但这种方案也存在一些缺陷：样品在芯片内是不停流动的，所以反应时间等变量的控制主要通过设计芯片上微通道的结构来实现，通常结构相对更复杂也需要比较大的空间，且相应的用于驱动样品在芯片内持续流动的驱动机构也会较为复杂；另外，由于微通道内的面积/体积比较大，内壁对试剂和样品由吸收，所以会造成运送污染与试剂/样品损失；且在压力驱动条件下，微通道横截面的速度分布为抛物线或类似形状，中间速度最大而两侧靠近壁面速度最小(接近0)，所以在横截面不同位置的PCR样品将经历不同的反应时间。