[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。该设备使用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。该设备包括了：由隔热板所分隔的至少两个浴槽，其中各浴槽内的浴槽介质可被维持在一个目标温度；以及一个无需将反应器提离浴槽，而是让反应器通过选择性地打开任何两个相邻浴槽之间的隔板来进行一次或多次位置转换的转移装置。

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拥有高灵敏度和特异性。PCR的时间周期通常约为1小时，主要因为PCR热循环过程耗时，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，热循环设备和方法为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加快热循环的速度。

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装置的晶块制造工艺非常昂贵，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，跟以热电冷却器为主的热循环仪相比，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，以两批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，液体通常从浴槽中溢出。

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加热槽，而高水量使注水和放水过程难以掌控，这也致使在热循环能开始之前，把浴槽介质加热到目标温度的所需时间太长。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，每次反应器被交替插入这些水浴槽中后，当反应器被从水浴槽中取出时，一层水附着在反应器上，从而拖慢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。