[发明专利]聚合酶链反应系统

说明书

本发明涉及一种易于使用的设备，并且通过从生物样本中提取核酸、PCR反应、以及对各种波长的激发光及其对应的荧光的扫描，可自动化进行实时反应产物的检测，并因而能够在单次操作中实施各种测试，具体地，能够在短时间内获得准确的结果。

技术领域

本发明涉及一种能够在实现聚合酶链反应的设备中实时检测核酸的提取和扩增反应以及扩增输出的系统结构。

背景技术

作为基于证据的精密医学的一项重要技术，不论时间和地点都能够准确且快速地诊断患者疾病的即时(POC)诊断技术已成为人们关注的焦点。作为未来精密医学的关键新技术，许多基于症状的POC诊断研究正在积聚力量并得以发展，在基于症状的POC诊断中，依据疾病的症状(包括咳嗽、腹泻、高热、生殖器异常等等)一次性检查所有引起疾病症状的机会性病原体，以在短时间内检查和确认病原体并开出最佳的抗生素和治疗剂。这种POC诊断技术的优势在于可由本领域的非专业人士做出快速且准确的诊断，如同用于确认早期妊娠的验孕试剂盒、用于检查血糖水平的血糖监测设备。近年来，作为分子诊断技术，能够同时检测各种病原体的多种测试手段已得到发展。这种诊断技术用于确定传染病的精确原因，并为患者提供最佳处方以便及早治疗疾病，从而大大缩短患者的恢复期。因此，作为未来医学的关键技术，为了提高医疗质量和降低医疗费用，所述诊断技术已成为人们关注的焦点。

然而，目前的分子诊断系统需要3小时或更久，并要求经训练的技术人员来确认结果。因此，开发一种能够完全自动化地执行复杂的核酸提取过程和实时基因扩增测试以便执行现场所需的POC分子诊断的小型自动化设备至关重要，并且所述自动化设备应当易于由普通人而非专业人员来操作。

一种代表性的分子诊断方法是使用聚合酶链式反应(以下称为“PCR”)的方法。自1985年Kary Mullis发明了聚合酶链反应(PCR)以来，因为PCR可用于快速且简易地扩增特定的DNA，所以已广泛用于分子生物学、分子诊断等等。因为PCR/RT-PCR的使用使得可确定生物样本中是否存在特定的DNA/RNA，所以PCR/RT-PCR已普遍用于诊断诸如病毒等的病原微生物的感染。这种PCR/RT-PCR技术已经发展成为实时定量PCR，从而使得PCR一结束即可检查结果。因此，由于简化的检查过程使PCR技术可用于显著地减少检查时间并准确地量化病原体数量，所以PCR技术已用作监测对HIV、HCV、HBV病毒等的治疗效果的标准诊断方法。另外，因为PCR技术可用于检查与某种疾病或遗传变异相关基因的表达样式，所以已用作诊断疾病的最重要技术。

为了执行这种PCR，需要核酸提取步骤，核酸提取步骤包括去除抑制PCR反应的物质和从生物样本中提取纯核酸。因为核酸提取过程由多个步骤组成，并且在处理生物样本和核酸提取中要求熟练的技术，以及在手动操作时存在诸如人为错误污染的问题，所以分子诊断已大多使用自动化核酸提取装置来实施。

因为应当安装实时定量PCR设备来执行PCR反应和检测反应产物，分子诊断以前主要是在大医院或专业临床试验机构中实施。

各种使用PCR的自动化系统和设备已经得到发展，因为最近的研究和发展已经使提取核酸、执行PCR反应和检测反应产物的所有过程得以自动化执行，所以不用任何专业技能就能够简易地使用PCR。

然而，现有的设备的缺陷在于其非常昂贵，花费很多处理时间，且难以一次执行各种测试。

以下将描述PCR的基本原理。当DNA双螺旋加热至95℃以将双链DNA分离成单链时，且反应溶液冷却到退火温度以选择性地杂交与包含在PCR反应溶液中的待扩增区域的两末端互补的引物时，DNA聚合酶顺序连接与每个单链互补的四个核苷酸三磷酸(即A、G、TandC)以形成双螺旋。然后，反复执行该过程。在实验的基础上，执行30至45个将PCR反应溶液反复加热和冷却的循环(n)以将特定的DNA双螺旋指数扩增至2ⁿ螺旋。

通过逆转录反应合成cDNA，接着通过PCR扩增，将RT-PCR反应扩展为检测RNA的方法。