[发明专利]带有可选择性的打开的试样端口的热循环装置

说明书

技术领域

本发明涉及热循环装置，具体来说，涉及用于核酸扩增的热循环。然而，应该认识到本发明不局限于该特殊应用领域。

背景技术

本说明书中所引用的任何现有的出版物(或从中得出的信息)或任何已知的素材，不是也不应被看作对以下事实的承认或认可或就看作为该事实所提出建议的任何形式：现有的出版物(或从中得出的信息)或已知的素材会形成本说明书所涉及专业领域内共有的普通知识的一部分。

聚合酶链式反应(PCR)是一种包括多次循环的技术，该种技术导致在每次循环完成时某些多(聚)核苷酸序列呈指数扩增。PCR技术是众所周知的技术，在许多书中都有描述，包括以下著作，PCR：A Practical Approach(PCR：实用方法)，M.J.McPherson等人著，IRL出版社(1991)；PCR Protocols：A Guideto Methods and Applications(PCR协议：方法和应用入门)，Innis等人著，学术出版社(1990)；以及PCR Technology：Principals and Applications forDNA Amplification(PCR技术：用于DNA扩增的原理和应用)，H.A.Erlich著，Stockton出版社(1989)。PCR还在许多美国专利中有描述，包括US4,683,195；4,683,202；4,800,159；4,965,188；4,889,818；5,075,216；5,079,352；5,104,792；5,023,171；5,091,310；以及5,066,584。

PCR技术通常包括使多(聚)核苷酸变性的步骤，其后的步骤是将至少一对引物寡(聚)核苷酸退火为变性的多(聚)核苷酸，即，将该引物杂交为变性的多(聚)核苷酸模板。在此退火步骤之后，带有聚合酶活性的生化酶催化合成新的包括引物寡(聚)核苷酸的多(聚)核苷酸链，该生化酶使用原来变性的多(聚)核苷酸作为合成模板。该一系列步骤(变性、引物退火以及引物延伸)构成了一个PCR循环。

随着循环的重复进行，新合成的多(聚)核苷酸数量成指数增加，这是因为从前一循环得到的新合成的多(聚)核苷酸可用作为以后循环中用于合成的模板。引物寡(聚)核苷酸通常成对地选择，它们可退火为给定双链多(聚)核苷酸的相对的链，于是两个退火部位之间区域被扩增。

DNA的变性通常发生在约90至95℃，将引物退火为改性DNA通常在约40至60℃时进行，用聚合酶来延伸退火后的引物的步骤通常在约70至75℃时进行。因此，在一个PCR循环过程中，反应混合物的温度必须变化，且在多循环的PCR实验期间多次地改变。

PCR技术具有广泛的生物应用，例如包括DNA序列分析、探针生产、克隆核酸序列、定点诱变、探测基因突变、诊断病毒性感染、分子“指纹”以及监视生物流体和其它源头内微组织的污染等。

除PCR之外，还已经开发出其它体外扩增程序，包括如授予Landegren和Hood的美国专利4,988,617所揭示的连接酶链式反应。更为一般地说，生物技术领域内公知的几个重要方法，诸如核酸杂交和配序，都依赖于以控制方式改变含有试样分子的溶液的温度。

包括PCR在内的传统技术通常依赖于使用循环通过不同温度区域的个别的井或管。例如，有文章描述了用于DNA扩增和配序反应的多个热“循环器”，其中，温度控制元件或“块体”保持住反应混合物，且令块体的温度随时间变化。尽管用如此装置可同时地处理相当大量的试样时(例如，通常使用96井板)，但如此装置存在有各种各样的缺点，其缺点在于，这些装置在循环反应混合物时相当慢，温度控制不够理想，在原位探测反应混合物较困难。还有，由于全部的块体是同时进行加热或冷却的，所以如此的块体只允许一“批”的操作模式。此外，还可看到，如果只处理少量的试样，则由于操作块体相当麻烦，所以如此装置的操作者通常宁可等待，直到有了足够数量的占据大多数可供试样位置的试样时才去操作，这就是说，任何紧急的试样也必须等待。更有甚者，如果温度循环的程序已经开始，则在热循环程序完成之前，任何尚有空缺的位置通常都不能被使用，因此，任何紧急试样必须再次等待，直到该循环完成为止。

为了尽力避免上述若干缺点，最近的技术进步已经看到了块体热循环器的发展，其对不同的温度曲线提供同时的操作，例如，如US5,601,141和US6,558,947中所揭示的。然而，这些热循环器仍有其固有的缺点。例如，它们相当昂贵和复杂，需要不断的惯常的维护，温度控制不够理想，探测反应容器内发生的反应仍然较困难。