本发明专利技术描述了在受控的温度下进行化学反应的方法和设备。在一种实施方式中，本发明专利技术提供的设备包括外壳，该外壳的尺寸能容纳置于所述外壳的内部体积中的反应室。所述反应室具有导热性内表面和外表面，该内表面和外表面在其中界定出具有第一温度的内部体积。该设备还包括至少一种位于所述囊中的具有第二温度的控温物质，并将所述控温物质排出，使该囊膨胀至充分靠近所述反应室的至少部分所述外表面，使得所述控温物质与所述反应室的内部体积之间能够发生热交换。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术描述了在受控的温度下进行化学反应的方法和设备。在一种实施方式中，本专利技术提供的设备包括外壳，该外壳的尺寸能容纳置于所述外壳的内部体积中的反应室。所述反应室具有导热性内表面和外表面，该内表面和外表面在其中界定出具有第一温度的内部体积。该设备还包括至少一种位于所述囊中的具有第二温度的控温物质，并将所述控温物质排出，使该囊膨胀至充分靠近所述反应室的至少部分所述外表面，使得所述控温物质与所述反应室的内部体积之间能够发生热交换。【专利说明】具有控温囊的聚合酶链式反应热循环仪
本专利技术涉及一种用来进行化学反应的设备，特别是用来进行聚合酶链式反应(PCR)的自动设备。更具体地说，本专利技术提供了对自动PCR设备中的反应温度进行控制的方法和设备。本专利技术可以应用于分析化学、分子生物学和过程化学中。
技术介绍
聚合酶链式反应(PCR)已经成为生物化学实验室中的主流，其原因在于:这种利用聚合酶酶(例如Taq聚合酶)来对寡核苷酸进行复制的一流的方法已经成为生物技术研宄和产品的蓬勃发展中的主要因素。该方法及其应用是本领域技术人员所公知的(Ausubel, Brent等人1992)。简单地说，PCR使寡核苷酸(特别是DNA)能被迅速复制，从而能使寡核苷酸(oligonucleotide)的单拷贝转化为高浓度从而能进行进一步的操作或分析。所述PCR过程包括:使靶寡核苷酸从样品中转移至粗提取物中；向所述提取物中加入含有各种酶、缓冲剂、三磷酸盐(dNTPS)和互补(complimentary)的寡核苷酸引物的水溶液，以形成反应混合物；使反应混合物的温度在两个或三个温度之间进行重复循环(例如，90°C -96°C,37°C -65°C和72°C )，从而使所述靶寡核苷酸的复制能够进行；然后对扩增的寡核苷酸进行检测。还可以包括中间步骤，例如反应产物的提纯和表面弯曲的引物(surface-bending primers)的结合。每一个循环都使革E低聚物序列的数量加倍。PCR技术能够使寡核苷酸或寡核糖核苷酸的单个分子扩增约16至约10 9倍。 由于遗传信息可以用来证实对有机体的个体和类型的识别，并且由于PCR能从非常小的样品中产生可以进行分析的量的遗传物质，因此存在有许多技术以促进PCR在分析作业和法医作业中的应用。具体来说，在执法过程中和军事中广泛地利用PCR来对身份不明的尸体和罪犯进行识别。将PCR应用于国防和国家安全中也属于积极发展生物防御领域内容。而且，医生和医院越来越希望获得能在给予照护过程中使用的便携式PCR技术。这种用途的实例包括: ?筛选血液、唾液或尿液样品中的多种与上呼吸道、肠道或STD (性传播疾病)感染有关的传染病。 .确定传染病是否对抗生素具有耐受性。 .确定感染是病毒性感染还是细菌性感染。 .识别个体对药物不良反应的易感性。 .对癌症类型进行诊断(例如，乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌、胰腺癌)。 .识别个体容易患阿尔茨海默式病(alzheimer’ s disease)的倾向性。 这些应用产生了对自动化PCR设备的大量需求，这些PCR设备能从远程对小样品浓度进行就地处理，从而向研宄者和医务工作者提供分析数据。 如以上所提到的，所述PCR过程中的基本操作是热循环，即升高或降低反应温度从而使所述扩增过程能够进行，其中，将反应混合物的温度在约60°C至约95°C之间进行50次或更多次的调节。热循环通常具有四个阶段:将样品加热至第一温度；将所述样品保持在该第一温度下；将所述样品冷却至较低的温度；以及保持该较低温度下的温度。传统的PCR仪器通常使用具有多达96个锥形反应管的铝块(aluminum block)，该反应管中含有样品和扩增所必须的试剂。在所述PCR扩增过程中对该铝块进行加热和冷却，通常使用Peltier加热/冷却设备，或闭环液体加热/冷却体系，该体系在铝块中加工出来的通道内流通。然而，所述铝块的大质量以及铝的传导率将加热和冷却的速率限制为每秒1°C;因此，50次循环的PCR扩增过程需要花费至少2个小时。 此外，所述铝块的冷却速率明显低于加热速率。加热速率和冷却速率之间的不对称降低了 PCR过程的效率。例如，不期望的副反应能够在产生不需要的DNA产品的极端条件之间的温度下发生，例如被称为“引物-二聚物”和不规则的扩增子(amplieon)，它们会消耗期望PCR反应所必须的试剂。其他过程，例如配体结合(有机的或酶的)也会在不均匀的温度下发生不期望的副反应，这经常会降低分析的等级。出于这些原因，PCR过程以及类似的生物化学反应过程的最优化的要求是，尽可能快地达到所期望的最佳反应温度，中间温度占去最少的时间。因此，必须将含有试剂的反应器设计为使加热速率和冷却速率最优化，允许实时光学审讯(real time optical interrogat1n)，并接受各种样品体积。 一种自动化 PCR 体系是美国专利 N0.5，589，136 (Northrup，Raymond P.Mariella等人，1996)中公开的MATCI设备，该专利公开的这种设备对热循环使用了模块法和30次分析:每一次反应在其热循环套管内进行，并且每一个套管本身具有有关的光学激发原和荧光检测器。该热循环套管的低热质使该MATCI设备实现非常快的热循环:可以以最高为30°C /秒的速度对样品进行加热，并且以5°C /秒的速率对样品进行冷却。商品名为GeneXpert (Cepheid，Sunnyvale，加利福尼亚洲)和 Razor (Idaho Technology 公司)的两种其他可商购得到的系统采用了一次性的流体药筒(fluidic cartridge)，每一个流体药筒含有弹性的反应室，该反应室可以在压力下膨胀从而与设备中的实体加热器(solidheater)紧密接触(Petersen，McMillan等人，1999)。所述Razor采用了弹性的流体袋(fluidic pouch)以及在流体袋内推动反应块状物(react1n slug)的传动装置；所述袋的反应区壁与两个实体加热器紧密接触。在上述两种情况中，所述加热器为实体的，并且所述一次性药筒或袋子中含有一个或多个反应区，每一个反应区具有与所述加热器发生热接触的薄的弹性的壁。在另一种技术中，由Akonni B1systems (Fredericksburg,MD)售出的商品名为TruDiagnosis?和TruArray ?通过使用数百种分子生物传感器而一次就能对样品中数百种疾病标记物迅速地进行筛选，所述分子生物传感器排列在手指甲大小的微阵列上。通过采用微流体通道的阵列对样品进行转化。Akonni技术能在少于30分钟的时间内提供准确的诊断结果，以支持可靠而及时的治疗结果。 虽然如此，目前处理热循环的方法还是有限的，需要依靠一次性组件的弹性以产生与仪器硬件的令人满意的热接触。特别是，提供所需循环特性但不依赖于特定反应室材料的方法和设备提供了降低的成本和更大的效率的期望。本专利技术满足了这些和其他的需要。
技术实现思路
本专利技术提供了用于控制容器(例如反应器)的温度的方法和设备，化学试剂在所述容器中混合，从而在控制的温度下产生反应产物。 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用来进行化学反应的设备，所述设备包括:囊单元，所述囊单元包括：与第一囊连接的第一囊支架；和与第二囊连接的第二囊支架；其中，用控温流体能够使所述第一囊和第二囊膨胀，从而控制所述第一囊和第二囊的温度，其中所述第一囊和第二囊基本上相对设置，并且在两者之间具有空间，使得两个囊在膨胀时能够接触位于所述空间内的反应室；在将所述控温流体加入所述第一囊和第二囊中之前，用于将所述控温流体加热至预期的温度的装置；用于将所述控温流体加入所述第一囊和第二囊中并从所述第一囊和第二囊中排出所述控温流体的装置。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·贝尔格拉德，
申请(专利权)人：阿科尼生物系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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