一种用于PCR的管式控温装置及包含该装置的反应仪制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于PCR的管式控温装置，包括控温柱和反应管；控温柱分为三个节，依次为包括初始变性节、循环节和终末延伸节，控温柱的三个节之间不导热，初始变性节横截面外周设置为初始变性恒温加热区，终末延伸节的横截面外周设置为终末延伸恒温加热区，循环节的横截面外周划分为三个恒温加热区，依次为变性区、退火区和延伸区；反应管包括入口、出口和管身，反应管的管身在长度方向上分为三个域，从入口至出口方向按顺序依次为初始变性域、循环域和终末延伸域，管身的三个域分别相应地盘绕于控温柱的三个节上，并且初始变性域与循环域通过变性域连接管连通，循环域与终末延伸域通过延伸域连接管连通。

【技术实现步骤摘要】
一种用于PCR的管式控温装置及包含该装置的反应仪
本专利技术涉及分子生物学器材，更特别地，涉及一种三段式的管式控温装置，以及包含该管式控温装置的PCR仪。
技术介绍
DNA的半保留复制是生物进化和传代的重要途径。双链DNA在多种酶的作用下可以变性解旋成单链，在DNA聚合酶的参与下，根据碱基互补配对原则复制成同样的两分子挎贝。DNA在高温时也可以发生变性解链，当温度降低后又可以复性成为双链。因此，通过温度变化控制DNA的变性和复性，加入设计引物，DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的体外复制。PCR(聚合酶链式反应)是利用DNA在95℃高温时变性会变成单链，低温(经常是60℃左右)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(72℃左右)，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5’-3’)的方向合成互补链。基于聚合酶制造的PCR仪实际就是一个温控设备，能在变性温度，复性温度，延伸温度之间很好地进行控制。自perkin–elmercetus公司第一台PCR仪问世以来，现已有几十家不同的厂家在国内外生产和销售PCR仪。在短短的几年间，PCR仪经过几代的发展，不断采用新技术，并且进一步朝方便、实用、高智能化和自动化的方向发展。PCR技术的基本原理类似于DNA的天然复制过程，其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR由变性、退火和延伸三个基本反应步骤构成：①模板DNA的变性：模板DNA经加热至95℃左右一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解链，形成单链，以便引物的结合，为下轮反应作准备；②模板DNA与引物的退火(复性)：模板DNA经加热变性成单链后，温度降至55℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；③引物的延伸：DNA模板/引物复合物在TaqDNase等嗜热聚合酶的作用下，以dNTP为反应原料，目的序列为模板，按碱基互补配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链，重复上述步骤就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需2-4分钟，2-3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。毛细管电泳(capillaryelectrophoresis,CE)又叫高效毛细管电泳(HPCE),是近年来发展最快的分析方法之一。1981年Jorgenson和Lukacs首先提出在75μm内径毛细管柱内用高电压进行分离,创立了现代毛细管电泳。1984年Terabe等建立了胶束毛细管电动力学色谱。1987年Hjerten建立了毛细管等电聚焦，Cohen和Karger提出了毛细管凝胶电泳。1988-1989年出现了第一批毛细管电泳商品仪器。短短几年内,由于CE符合了以生物工程为代表的生命科学各领域中对多肽、蛋白质(包括酶，抗体)、核苷酸乃至脱氧核糖核酸(DNA)的分离分析要求,得到了迅速的发展。目前，PCR技术虽然得到了很大的发展，但是所有的PCR仪都是通过以下方法来控制PCR反应的：将装有PCR反应体系的PCR管置于固定的控温底座的控温孔中，并紧贴控温孔的内壁，通过控制控温孔壁的温度来控制PCR管及其内部所装的反应体系的温度。这类装置虽然已经普遍化，然而它存在着一些不可克服的缺点。首先，耗时长。正常的PCR反应一般包括30个循环，其中变性30s、退火30s、延伸30s/kb。加上初始变性5min，终末延伸10min，扩增1kb的片段只需要一个半小时左右的时间。然而，在PCR仪上进行反应时，我们发现，扩增1kb的片段往往需要至少超过2小时的时间。其原因在于，PCR仪中样品的位置是固定的，所以，必须操控控温底座的温度改变至反应进行到的阶段所需要的温度。30个循环，每次循环有3次变温，也就是说需要进行90次左右的变温。这接近100次的升降温过程需要消耗大量的时间。其次，升降温看似逆过程，而事实上降温比升温的困难度更高，为了便于降温，PCR仪中还不得不设置风扇，增大了PCR仪的体积，提高了成本。再次，根据当前的PCR仪的原理和设置，为了保证PCR体系内的热传导效率，PCR体系不能太大，单独的PCR反应的体系不能超过200微升，这就限制了特定基因的大量制备。PCR仪器扩大扩增的通量主要依靠增大反应的孔的数目，目前高通量的PCR仪器已经做到了384孔，可以同时扩增或者定量384个样品，但是面对上千或者上万的样品的扩增和检测，就比较困难了。此外，毛细管检测技术(CE)实现了高通量检测，并且实现了自动化的操作，但是，目前的PCR仪由于结构和设置上的硬伤，不利于与毛细管检测形成一体化操作。因此，需要一种新的PCR仪以及新的控温装置。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供了一种用于PCR的管式控温装置，其包括控温柱和反应管；所述控温柱分为三个节，依次为包括初始变性节、循环节和终末延伸节，所述控温柱的所述三个节之间不导热，所述初始变性节横截面外周设置为初始变性恒温加热区，加热温度为90-98℃，所述终末延伸节的横截面外周设置为终末延伸恒温加热区，加热温度为70-75℃，所述循环节的横截面外周划分为三个恒温加热区，依次为变性区、退火区和延伸区；所述反应管包括入口、出口和管身，所述反应管的管身在长度方向上分为三个域，从入口至出口方向按顺序依次为初始变性域、循环域和终末延伸域，所述管身的三个域分别相应地盘绕于所述控温柱的三个节上，并且所述初始变性域与所述循环域通过变性域连接管连通，所述循环域与所述终末延伸域通过延伸域连接管连通。控温柱的三节可同轴设置或非同轴设置。本专利技术的管式控温装置将控温柱分为三节，并将相应地将管身分为三个域，从而将PCR的初始变性阶段、循环阶段和终末延伸阶段分别在三个相对独立的部段中进行，减少了需要程序控制的步骤，避免了使用仅一个部段时需要控制泵或阀，以使PCR反应体系在循环反应前在变性区停留初始变性阶段所需的时间，以及在循环反应结束后在延伸区停留终末延伸阶段所需的时间。循环节三个恒温加热区的划分使得在反应管中形成一个PCR循环的三个阶段中所需的温度，并且在循环节中，这三个温区都是恒温，不需要在变性温度-退火温度-延伸温度之间进行循环切换。反应体系从变性区开始依次流过退火区、延伸区，完成一次PCR的温度循环，从而每绕循环节运行一次即完成一个循环的PCR反应。在一个实施方案中，所述控温柱的三个节均为圆柱形或圆筒形，直径相等或不等。圆柱形便于反应管管身与控温柱的贴合，不产生空隙，从而更有效地传热。还可根据需要调节三节的各自的直径，以得到合适的长度，从而使得在反应过程中泵保持均匀转速即可，无需控制泵改变转速。在一个优选实施方案中，所述变性域连接管与所述循环域的连接处位于所述延伸区与所述变性区的分界处，或者位于所述变性区与所述退火区的分界处。该设置使得反应体系从初始变性域进入到循环域后即进入循环阶段，或者，由于循环阶段的第一步是变性，恰好与初始变性阶段所需的温度相同，所以可将第一个循环的变性位置整合至初始变性域中，到循环域时，直接进入退火区。在一个优选实施方案中，所述延伸域连接管与所述循环域的连接处位于所述延伸区与所述变性区的分界处。在一个实施方案中，所述延伸域连接管有三个以上的分枝，其中一个分枝与所述终末延伸域连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于PCR的管式控温装置，其特征在于，包括控温柱和反应管；所述控温柱分为三个节，依次为包括初始变性节、循环节和终末延伸节，所述控温柱的所述三个节之间不导热，所述初始变性节横截面外周设置为初始变性恒温加热区，所述终末延伸节的横截面外周设置为终末延伸恒温加热区，所述循环节的横截面外周划分为三个恒温加热区，依次为变性区、退火区和延伸区；所述反应管包括入口、出口和管身，所述反应管的管身在长度方向上分为三个域，从入口至出口方向按顺序依次为初始变性域、循环域和终末延伸域，所述管身的三个域分别相应地盘绕于所述控温柱的三个节上，并且所述初始变性域与所述循环域通过变性域连接管连通，所述循环域与所述终末延伸域通过延伸域连接管连通。

【技术特征摘要】
1.一种用于PCR的管式控温装置，其特征在于，包括控温柱和反应管；所述控温柱分为三个节，依次为包括初始变性节、循环节和终末延伸节，所述控温柱的所述三个节之间不导热，所述初始变性节横截面外周设置为初始变性恒温加热区，所述终末延伸节的横截面外周设置为终末延伸恒温加热区，所述循环节的横截面外周划分为三个恒温加热区，依次为变性区、退火区和延伸区；所述反应管包括入口、出口和管身，所述反应管的管身在长度方向上分为三个域，从入口至出口方向按顺序依次为初始变性域、循环域和终末延伸域，所述管身的三个域分别相应地盘绕于所述控温柱的三个节上，并且所述初始变性域与所述循环域通过变性域连接管连通，所述循环域与所述终末延伸域通过延伸域连接管连通。2.根据权利要求1所述的管式控温装置，其特征在于，所述控温柱的三个节均为圆柱形或圆筒形，直径相等或不等。3.根据权利要求1所述的管式控温装置，其特征在于，所述变性域连接管与所述循环域的连接处位于所述延伸区与所述变性区的分界处，或者位于所述变性区与所述退火区的分界处。4.根据权利要求1所述的管式控温装置，其特征在于，所述延伸域连接管与所述循环域的连接处位于所述延伸区与所述变性区的分界处。5.根据权利要求4所述的管式控温装置，其特征在于，所述延伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢洪学，杨静宇，王美美，
申请(专利权)人：新疆昆泰锐生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65