使用珀耳帖模块作为聚合酶链反应的原动机的流动池制造技术

一种用于振荡流PCR的流动池通过热诱导内部压力变化而具有泵送作用。实现了由目标DNA和相关试剂组成的样品在该流动池内的加热区之间的快速移动，以用于振荡流PCR，而没有机械移动部件，并且没有污染。通道从装载端口延伸到第一和第二加热区以及中央空气腔室。样品可响应于由外部热变化引起的中央空气腔室压力变化而在加热区之间移动。该流动池可插入到流动池过程加热器中，以用于将每个加热区加热到相应的温度。该中央空气腔室在流控制加热器上方对准，以用于热诱导通道中的内部压力变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用珀耳帖模块作为聚合酶链反应的原动机的流动池
本文的公开总体上涉及用于DNA序列的扩增中的振荡流动池的领域，并且更具体而言，涉及用于在没有例如泵或阀之类的机械装置的情况下在流动池内移动模板DNA和相关试剂的混合物以用于聚合酶链反应（PCR）、定量PCR（qPCR）和其他类似技术的系统和方法。
技术介绍
PCR和qPCR是用于扩增目标DNA序列的公知技术。通常至少包括目标DNA样品、引物、核苷酸和DNA聚合酶的混合物经受多个温度循环，包括在大约94-98℃下执行的变性步骤、在大约50-65℃下执行的退火步骤以及延伸步骤。后者可在大约70℃下执行，但取决于所用的DNA聚合酶，也可在与退火步骤相同的温度下执行。在qPCR中，由于荧光报告基因，PCR产物可在扩增过程期间实时检测到。荧光核苷酸序列探针在一端处具有荧光报告基因，并且在相对端处具有荧光猝灭剂。如引物一样，这些探针在PCR的退火阶段期间退火成单链DNA。它们随后在伸长阶段期间被DNA聚合酶降解。释放的报告荧光团因此可检测。微流体芯片或流动池是蚀刻或模制到诸如玻璃、硅或聚合物（例如，聚二甲基硅氧烷（PDMS））之类的材料中的一组微通道。形成微流体芯片的微通道被连接在一起以实现期望的特征。外部致动装置用于引导介质在微通道内的传输。例如，外部驱动器可用于在无源芯片上施加离心力。有源部件也可与微流体芯片或流动池集成或者集成在微流体芯片或流动池内以控制介质流。微型泵以连续方式供应流体，而微型阀控制泵送流体的流动方向和/或选择性移动。然而，外部驱动器需要控制器以用于选择性操作以及物理空间来物理操纵无源芯片。微型泵和阀可被集成到微通道自身中。某些流动池已开发有用于选择性流体移动的珀耳帖泵和相关联的阀。然而，具有所需流率响应扬程的阀的设计和制造是非常困难的。具有诸如微型泵和微型阀之类的集成的有源部件的系统需要微型气动系统以用于控制流体在微通道内的选择性移动。微流体芯片内的流体移动的快速且可重复的精度对于诸如PCR和qPCR之类的应用至关重要。目标流体流可通过使用可变温度元件而被选择性地加热到期望的温度，而不是使流体在微流体芯片或流动池内的不同温度区之间移动。然而，对流体温度的精确控制是复杂的，并且可导致目标流体中的较慢的温度响应。可替代地，PCR样品可在连续流动或流通式PCR池中保持在期望PCR温度下的不同加热块之间快速转移。需要泵以使PCR混合物移动通过微流体通道，该微流体通道通常沿循温度区之间的蛇形路径。与该选择相关的缺点包括具有固定数量的温度循环以及需要外部泵。在微流体环境中热循环的另一种方法是振荡流PCR。通过使得能够选择性地调整流动池内的流体流方向，可选择温度循环的数量，从而解决与连续流PCR相关的缺点。然而，必须提供用于流体流的选择性调整或路由的装置。解决该问题的一种方法利用Quake阀以使PCR混合物在不同温度区之间循环。然而，因此需要精确可控的气泵来实现阀调动作。现有技术中缺乏但高度需要的是用于诸如PCR或qPCR之类的DNA扩增过程中的微流体芯片或流动池，该微流体芯片或流动池能够提供重复和准确的流体移动，而没有机械移动部件、泵或阀，同时防止污染。
技术实现思路
为了克服现有技术无法在不使用泵或其他机械部件的情况下提供用于振荡流PCR的流动池的功能，本公开提供了一种用于振荡流PCR的低成本密封流动池，该流动池通过热诱导内部压力变化而具有泵送作用。前述系统使得目标DNA和相关试剂能够在流动池内的加热区之间快速移动，以用于振荡流PCR，而没有机械移动部件且无污染。该流动池包括从装载端口延伸到第一和第二加热区并延伸到中央空气腔室的微通道，该中央空气腔室可通过设置在其下方的珀耳帖模块选择性地加热和冷却。第四周围温度区也与该通道连通并且表示该通道的气动系统的参考区。由目标DNA和相关试剂组成的样品可从第二加热区移动到第一加热区，这是通过由下面的珀耳帖模块施加的热而导致的中央空气腔室压力的增加。该样品也可从第一加热区移动到第二加热区，这是通过下面的珀耳帖模块施加的热的减少或通过冷却而导致的中央空气腔室压力的降低。该流动池可插入到流动池过程加热器中，该流动池过程加热器具有至少两个加热器，以用于将流动池的第一区和第二区加热到相应的期望温度。当用于诸如PCR或qPCR之类的过程中的DNA扩增时，第一区被加热到期望的变性温度，而第二区被加热到期望的退火温度。一旦插入到流动池过程加热器中，中央空气腔室就在具有下面的珀耳帖模块的流控制加热器上方对准。由下面的珀耳帖模块施加的加热或冷却导致的中央空气腔室内的空气或其他气体的热膨胀和收缩，在第一和第二加热区之间来回推动或拉动样品。由于珀耳帖模块不需要高温循环来在加热区之间移动样品，因此可实现非常快的PCR结果，并且流动池可具有长使用寿命。通过在流动池内快速和准确地移动PCR样品的能力而不使用机械移动部件且无污染，实现了简单的制造和成本节约。附图说明下面参考附图来详细描述所公开技术的说明性实施例，附图通过引用结合于本文中，并且其中：图1是根据本专利技术的用于与流动池过程加热器和流控制加热器一起使用的流动池的透视图；图2是用于与图1的流动池一起使用的流动池过程加热器和流控制加热器的局部透视图；以及图3是接收在图2的流动池过程加热器和流控制加热器内的图1的流动池的局部透视图。具体实施方式本文公开了一种流动池、流动池过程加热器和流控制加热器，它们共同使得DNA模板和相关试剂能够在流动池内选择性地移动，以用于诸如DNA扩增之类的过程，而不使用机械装置，例如泵和/或阀。该DNA模板和相关试剂在本文中可替代地并且共同简称为“样品”。虽然本公开的背景是属于通过诸如PCR和qPCR之类的技术的DNA扩增的领域，但要理解的是，目前公开的部件和技术也在其他微流体应用中找到用武之地。关于图1，流动池10被示出为具有远端30、近端32、第一侧34和第二侧36的矩形芯片。该流动池的上部面在图1中总体可见，而相对的下部面未示出。第一实施例中的下表面是无特征且平面的，并且可设置有诸如铝之类的高导热性的材料层。该上部面包括四个主要区域。第一区域是退火区域14，也称为第一加热部分，其靠近远端和第一侧。第二区域是变性区域12，也称为第二加热部分，其靠近远端和第二侧。第三区域是中间传输区域16，也称为第三加热部分，其处于远端和近端中间以及第一侧和第二侧之间。第四区域是周围参考区域18，也称为第四未加热部分，其靠近近端。流体流动路径或通道26连接在这四个区域中的每一个之间，从而在它们之间形成连续的流体流动通道。该通道可通过多种技术形成，包括提供下部基层并将具有蚀刻或以其他方式形成在其中的微通道的上层结合到该基层上，小心地将这两层完全结合以避免空气经由层界面泄漏到该通道中。一层或两层可由PDMS、聚丙烯、聚碳酸酯或任何其他合适的材料形成，这取决于应用，例如PCR或qPCR。该流体流动路径或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种用于DNA扩增的流动池，包括：/n基板，其具有近端、与所述近端相对的远端、处于所述近端和所述远端中间的第一侧、与所述第一侧相对且处于所述近端和所述远端中间的第二侧，以及各自以所述近端、所述远端、所述第一侧和所述第二侧为界的相对的上部面和下部面；以及/n设置在上表面上的连续的流体流动通道，所述流体流动通道包括：/n装载端口，/n第一加热部分，其与所述装载端口流体连通，靠近所述远端和所述第一侧，并且构造成用于被加热到第一温度，/n第二加热部分，其与所述第一加热部分流体连通，靠近所述远端和所述第二侧，并且构造成用于被加热到第二温度，以及/n第三加热部分，其与所述第二加热部分流体连通，处于所述第一侧和所述第二侧中间，并且构造成用于被加热到多个温度中的一个。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190117 US 62/7936281.一种用于DNA扩增的流动池，包括：
基板，其具有近端、与所述近端相对的远端、处于所述近端和所述远端中间的第一侧、与所述第一侧相对且处于所述近端和所述远端中间的第二侧，以及各自以所述近端、所述远端、所述第一侧和所述第二侧为界的相对的上部面和下部面；以及
设置在上表面上的连续的流体流动通道，所述流体流动通道包括：
装载端口，
第一加热部分，其与所述装载端口流体连通，靠近所述远端和所述第一侧，并且构造成用于被加热到第一温度，
第二加热部分，其与所述第一加热部分流体连通，靠近所述远端和所述第二侧，并且构造成用于被加热到第二温度，以及
第三加热部分，其与所述第二加热部分流体连通，处于所述第一侧和所述第二侧中间，并且构造成用于被加热到多个温度中的一个。


2.根据权利要求1所述的流动池，其中，所述基板是矩形的。


3.根据权利要求1所述的流动池，其中，所述流体流动通道还包括第四未加热部分，所述第四未加热部分与所述第一加热部分连通并且靠近所述基板的所述近端。


4.根据权利要求1所述的流动池，还包括处于所述第一加热部分和所述第三加热部分中间以及处于所述第二加热部分和所述第三加热部分中间的第一热障。


5.根据权利要求4所述的流动池，其中，所述第一热障包括处于所述第一加热部分和所述第三加热部分中间的第一屏障部分以及处于所述第二加热部分和所述第三加热部分中间的第二屏障部分。


6.根据权利要求4所述的流动池，其中，所述第一热障被设置在所述基板上。


7.根据权利要求1所述的流动池，还包括处于所述第一加热部分和所述第二加热部分中间的第二热障。


8.根据权利要求7所述的流动池，其中，所述第二热障为所述基板的远端中的间断。


9.根据权利要求1所述的流动池，还包括处于所述上部面上方的盖，所述装载端口形成穿过所述盖并进入到所述流体流动通道中的孔口。


10.根据权利要求1所述的流动池，其中，所述第二温度大于所述第一温度。


11.根据权利要求1所述的流动池，其中，所述装载端口处于所述近端和所述第三加热部分中间。


12.根据权利要求1所述的流动池，其中，所述第三加热部分中的所述流体流动通道是基本上蛇形的。


13.根据权利要求1所述的流动池，其中，所述第一加热部分和所述第二加热部分中的每一个中的所述流体流动通道是基本上蛇形的。


14.一种用于DNA扩增的系统，包括：
流动池，其包括：
矩形基板，其具有近端、与所述近端相对的远端、处于所述近端和所述远端中间的第一侧、与所述第一侧相对且处于所述近端和所述远端中的第二侧，以及各自以所述近端、所述远端、所述第一侧和所述第二侧为界的相对的上部面和下部面，
设置在所述上部面上的连续的流体流动通道，所述流体流动通道包括：
装载端口，
第一加热部分，其与所述装载端口流体连通，靠近所述远端和所述第一侧，并且构造成用于被加热到第一温度，
第二加热部分，其与所述第一加热部分流体连通，靠近所述远端和所述第二侧，并且构造成用于被加热到第二温度，
第三加热部分，其与所述第二加热部分流体连通，处于所述第一侧和所述第二侧中间，并且构造成用于被加热到多个温度中的一个，以及
第四未加热部分，其与所述第一加热部分连通并且靠近所述基板的所述近端；
流动池过程加热器，其用于选择性地接收所述流动池的所述远端，以便将所述第一加热部分加热到所述第一温度，以及将所述第二加热部分加热到所述第二温度；以及
流控制加热器，其靠近所述流动池过程加热器，并且构造成当所述流动池的所述远端被安装在所述流动池过程加热器内时，经由所述流动池的所述下部面来选择性加热所述流体流动通道的所述第三加热部分，
由此，基于通过所述流控制加热器的选择性加热的程度，所述流体流动通道的第三部分的所述选择性加热使所述第三部分中的压力相对于所述第四未加热部分中的压力增加或降低，从而选择性地使流体在所述第一加热部分和所述第二加热部分之间的所述流体流动通道内移动。


15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述流动池过程加热器还包括光学检测器窗口，由此，当所述流动池的所述远端被接收在所述流动池过程加热器内时，所述第一加热部分和所述第二加热部分各自通过所述光学检测器窗口中相应的一个可见。


16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述流动池过程加热器包括用于将所述第一加热部分加热到所述第一温度的第一加热器和用于将所述第二加热部分加热到所述第二温度的第二加热器。


17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一加热器和所述第二加热器中的每一个是单独控制的珀耳帖加热器。


18.根据权利要求14所述的系统，其中，所述流动池过程加热器包括弹性构件，所述弹性构件用于在所述流动池的远端被插入到所述流动池过程加热器中时选择性地接合所述流动池。


19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述弹性构件中的每一个横向延伸越过所述流动池过程加热器的顶部。


20.根据权利要求18所述的系统，其中，每个弹性构件在其相应的远端处附接到所述流动池过程加热器，并且具有在所述流动池插入到所述流动池过程加热器中时向上偏转的近端，所述偏转使所述弹性构件中的每一个在所述流动池上施加向下的力。

【专利技术属性】
技术研发人员：D·朱，
申请(专利权)人：美国西门子医学诊断股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US