[发明专利]使用动态控制改进热循环仪的热均匀性

说明书

相关申请的引用

本申请要求于2010年4月9日提交的美国临时申请系列第61/322,529号的权益，在此通过引用将其内容并入本申请。

发明背景

通常，为了使用PCR方法扩增DNA(脱氧核糖核酸)，必须使具有特定组成的液体反应混合物循环通过数个不同温度的孵育周期。反应混合物包括不同的组分，包括待扩增的DNA和与样品DNA充分互补从而能够产生被扩增DNA的延伸产物的至少两个引物。PCR的关键是热循环的概念：熔解DNA、短引物与产生的单链退火和使这些引物延伸从而产生双链DNA的新拷贝的交替步骤。在热循环中，PCR反应混合物重复地从用于熔解DNA的大约90°C的高温到用于引物退火和延伸的大约40°C至70°C的较低温进行循环。通常，理想的是在循环中尽量迅速地将样品温度改变至下一个温度。化学反应在每一个阶段具有最适温度。因而，在非最适温度下耗时越少意味着能达到更好的化学结果。在达到每一个孵育温度之后，还需要在每一个所述孵育温度下反应混合物保持某一最短时间。这些最短孵育时间确定了完成一个循环需要的最短时间。因此，样品孵育温度间的任何过渡时间要计算入这个最短循环时间。由于循环数相当大，这种额外的时间不必要地增加了完成扩增需要的总时间。

在一些以前的自动化PCR仪中，将样品管插入热模块组件上的样品孔。为了进行PCR过程，根据用户在PCR流程文件中制定的规定温度和时间，使热模块组件的温度进行循环。通过计算机系统和相关电子装置控制循环。随着热模块组件改变温度，不同管中的样品经历类似的温度改变。然而，在这些以前的仪器中，由于热不均匀性(TNU)，在热模块组件内不同位置间产生了样品温度的差异。模块材料内存在温度梯度，这使得在循环中的某些时间，一些样品与其它样品的温度不同。因为混合物的化学反应在每一个阶段具有最适温度，因此能够达到该实际温度是优良分析结果的关键。大的TNU能够导致样品管与样品管之间PCR过程的产出不同。

由此，对于表征可以用于不同生物分析仪器的热模块组件的性能，TNU分析具有重要价值。通常在热模块组件的样品模块部分测量TNU，并将其通常表达为在一个样品或多个样品接触的样品模块部分上最热的孔和最冷的位置间的差异或平均差异。与凝胶数据相比，工业标准设定大约1.0°C的差异或0.5°C的平均差异。长时间以来，对降低TNU的努力关注于样品模块。例如，已经发现，样品模块的边缘通常比中心更冷。已采用一个方法来应对这样的边缘效应，该方法是在样品模块周围提供不同的边界和边缘加热器，从而抵消观察到的从中心到边缘的热梯度。

发明概述

在一个示例性的实施方案中，方法包括使用热电控制器、通过第一传感器测量样品模块的第一样品模块部分的第一温度，以及使用热电控制器、通过第二传感器测量样品模块的第二样品模块部分的第二温度，第二样品模块部分与第一样品模块部分邻近。该方法进一步包括通过热电控制器计算第一温度和第二温度间的温度差异。通过调整向一个或多个热电冷却器的能量输出，热电控制器根据温度差异调整第一样品模块部分的第一温度。热电冷却器被配置为能加热或冷却第一样品模块部分。

在另一个示例性的实施方案中，计算机可读存储介质由以下指令编码，使用热电控制器测量样品模块的第一样品模块部分的第一温度，使用热电控制器测量样品模块的第二样品模块部分的第二温度，第二样品模块部分与第一样品模块部分邻近。指令进一步用于计算第一温度和第二温度间的温度差异。指令进一步包括调整热电控制器向一个或多个热电冷却器的能量输出从而根据温度差异调整第一样品模块部分的第一温度的指令。热电冷却器被配置为能加热或冷却第一样品模块部分。

在另一个示例性的实施方案中，系统包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器被配置用于检测样品模块的第一样品模块部分的第一温度，所述第二传感器被配置用于检测样品模块的第二样品模块部分的第二温度，第二样品模块部分与第一样品模块部分邻近。该系统进一步包括与第一传感器和第二传感器保持电通讯的热电控制器。热电控制器被配置为能接收样品模块的第一样品模块部分的第一温度和接收样品模块的第二样品模块部分的第二温度，第二样品模块部分与第一样品模块部分邻近。热电控制器被进一步配置为能计算第一温度和第二温度间的温度差异，并根据温度差异、基于调整向一个或多个热电冷却器的能量输出来调整第一样品模块部分的第一温度。一个或多个热电冷却器被配置为能加热或冷却第一样品模块部分。

附图说明

本领域技术人员能理解以下描述的附图只是为了说明的目的。附图并非意图以任何方式限制本发明的范围。

图1是热循环仪的模块图。