聚合酶链式反应系统技术方案

本发明专利技术涉及一种能够在用于实现聚合酶链反应(PCR)的装置中对核酸提取和扩增反应以及扩增结果进行实时检测的系统结构。PCR系统包括核酸提取盒、PCR板、温度控制模块和扫描模块，其中，核酸提取盒配置为经由存储在其中的核酸提取试剂提取生物样品的核酸，并且通过另外与聚合酶反应干燥产物混合来形成PCR预先混合物；PCR板插入核酸提取盒中，具有联接到核酸提取盒的通道，并且接收从核酸提取盒提取的核酸溶液或PCR预先混合物并在至少一个反应井中不同地容纳包含干燥的引物/探针的PCR反应干燥产物或引物/探针；温度控制模块设置在PCR板200上方并包括与反应井(W)相邻以施加不同温度的一对加热块310和320；以及扫描模块扫描反应井(W)中扩增的反应物的浓度。应井(W)中扩增的反应物的浓度。应井(W)中扩增的反应物的浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚合酶链式反应系统


[0001]本专利技术涉及一种系统结构，该系统结构能够在用于实现聚合酶链反应的装置中进行对核酸提取和扩增反应以及扩增结果的实时检测。

技术介绍

[0002]无论何时何地都能准确且快速地诊断患者疾病的护理点(POC)诊断技术作为基于证据的精确医学的非常重要的技术正引起注意。基于症状的现场诊断基于诸如咳嗽、腹泻、高热和生殖器异常的疾病症状立刻快速地检查引起疾病症状的所有感染性病原体，识别病因病原体，并且开出最佳的抗生素和治疗处方。基于症状的现场诊断是未来精确医学的核心技术，目前许多研究被加入到开发基于症状的现场诊断。该现场诊断技术具有即使是非本领域的专家也能够进行快速和准确的诊断的优点，例如使用怀孕测试试剂盒确认怀孕和可检查血糖的血糖计。目前，已经发展了用于分子诊断技术的、可同时测试各种病原体的多种测试方法，并且通过使用这些技术，可找出传染病的确切原因并制定最佳的处方，从而通过在早期阶段治疗疾病来缩短患者的恢复期。因此，分子诊断技术作为改善医疗护理质量并降低医疗成本的未来医学的核心技术正在引起关注。
[0003]然而，在当前的分子诊断系统中，需要三小时以上的时间来确认结果，并且应该由有经验的专家使用。因此，针对本领域所需的护理点(POC)分子诊断，必须开发一种自动化的小型装置，该装置能够完全自动地进行复杂的核酸提取过程和实时基因扩增测试，并且即使没有专业人员，也应该易于操作。
[0004]作为代表性的分子诊断方法，存在一种使用聚合酶链反应(PCR)(下文称为“PCR”)的方法。自从1985年Kary Mullis专利技术PCR以来，PCR能够快速且容易地扩增特定DNA，因此PCR已广泛用于分子生物学和分子诊断。使用PCR/逆转录PCR(PCR/RT
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PCR)可检查生物样品中是否存在特定DNA/RNA，因此它被广泛用于诊断诸如病毒的致病微生物的感染。这种PCR/RT
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PCR技术已经发展为实时定量PCR，因此，可在PCR完成的同时得知结果。因此，PCR/RT
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PCR技术被用作标准诊断方法以监测人体免疫缺陷病毒(HIV)、丙型肝炎病毒(HCV)、乙型肝炎病毒(HBV)等的治疗效果，因为它不仅通过简化测试过程而大大缩短了测试时间，而且能够准确地量化病原体的数量。此外，PCR/RT
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PCR技术被用作诊断疾病的最重要的技术，因为它能够测试与特定疾病相关的基因表达模式或基因突变。
[0005]为了进行PCR，需要从生物样品中去除抑制PCR反应的物质并提取纯核酸的核酸提取步骤。核酸提取过程包括多个步骤，需要熟练的技术来操作生物样品和提取核酸，并且当手动进行核酸提取过程时，存在由于操作者失误而引起的污染问题。因此，大多数核酸提取过程使用自动核酸提取设备进行分子诊断。
[0006]由于PCR反应和反应产物的检测需要实时定量PCR装置，因此，通常，分子诊断主要在大型医院或临床实验室专业机构中进行。
[0007]通过最近的研究和开发，已经开发了各种自动化系统和使用该系统的装置，该系统和装置使核酸提取、PCR反应和反应产物检测的所有过程自动化，使得即使没有专业的技
能也能够容易地使用PCR。
[0008]然而，存在现有装置太昂贵或需要大量处理时间的问题，并且很难同时进行各种不同的测试。
[0009]为了解释PCR的基本原理，当DNA双螺旋被加热至95
°
以分离成单链，然后反应溶液冷却至退火温度，使得PCR反应溶液中的与待扩增位点的两端互补的引物选择性杂交时，反复进行反应，其中DNA聚合酶通过将四种类型的A、G、T和C互补核苷酸三磷酸依次链接至每条单链来制备双螺旋。PCR反应是这样的反应，其中通过对PCR反应溶液实验式地加热和冷却反复进行30
‑
45次循环(n)，特定DNA双螺旋按指数方式扩增2
n
。RT
‑
PCR反应通过逆转录反应合成cDNA并且然后通过PCR扩增合成的cDNA而扩展为用于检测RNA的方法。
[0010]为了解释新发展的实时定量PCR的原理，为了使PCR全面用于分子诊断，实时定量PCR是使用PCR反应对扩增DNA进行定量分析的方法，在该PCR反应中，向PCR反应溶液中加入与DNA的量成比例的发射荧光的物质，然后在每个循环中测量荧光，以寻找检测到临界荧光值的循环，由此定量测量初始目标核酸浓度。
[0011]尽管自PCR专利技术以来已经发展了各种应用技术，但是通过基因组计划已知了许多病原体和疾病相关基因序列，并且迅速发展了扩增这些疾病相关的DNA/RNA序列以进行定性和定量诊断的分子诊断。由于在常规PCR中需要大约2小时来循环温度，因此不断地发展了用于更快速和准确地进行PCR以进行现场诊断的方法。(Lab Chip，2016，16，3866
‑
3884)。
[0012]为了在短时间内进行PCR反应，应迅速改变反应溶液的温度。此外，为了通过精确的PCR反应仅扩增期望的目标，应该将引物设计成特定地附着到期望的目标，并且应该在PCR温度循环反应中精确地控制退火温度。
[0013]为此目的，已经开发了具有比实验室中常用的0.5ml或0.2ml反应器的热容量更小的热容量和更好的热传递的微型PCR反应容器。由于这些微型反应器使用少量的反应溶液并且具有大的表面积，因此热量被快速传递，使得能够快速加热和冷却。将10μl的PCR溶液放入硅晶片上的尺寸为17mm
×
15mm的40μm至80μm的薄反应槽中，并且覆盖有玻璃板以保持高表面区域(>100mm2/10μl)。然而，使用传统的珀尔帖(Peltier)型热块，不能表明一个循环将时间缩短到大约3分钟(Clin.Chem.40/9，1815
‑
1818(1994))。
[0014]为了快速加热PCR反应器，开发了将PCR反应器反复浸入高温水浴和低温水浴中作为早期PCR反应装置的方法。(Turbo Thermalcycler.Bioneer Corp.Daejeon)。在使用空间移动方法在具有不同温度的区域中传送反应器的PCR设备中，可通过将反应器浸入其中温度被精确地预先保持的恒温水浴中来快速和精确地进行PCR反应。然而，在PCR设备中，需要几个恒温水浴，设备庞大并且维护费力。因此，使用固定块中的珀尔帖元件的、采用根据时间改变温度的时差温度循环方法的PCR设备占主导地位。
[0015]使用微型通道的PCR方法还发展为空间移动温度循环方法和时差温度循环方法。空间移动温度循环方法能够广泛地分成开放反应器方法和封闭方法，在开放反应器方法中，以先进先出(FIFO)方法进行连续流动，在封闭方法中，在不同的温度段中进行反复移动。Nakano等人在1994年通过将毛细管缠绕在具有不同温度的隔室的圆柱形块周围并允许PCR溶液连续流向毛细管开发了开放方法。(Biosci.Biotech.Biochem.,58(2),本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种聚合酶链式反应(PCR)系统，包括：核酸提取盒(100)，配置为经由存储在其中的核酸提取试剂来提取生物样品的核酸；PCR板(200)，具有连接到所述核酸提取盒的通道和至少一个反应井(W)，所述反应井(W)容纳包含引物、引物/探针或引物探针的PCR干燥混合物并接收从所述核酸提取盒(100)提取的核酸溶液；以及温度控制模块(300)，设置在PCR板(200)上方，与所述反应井(W)相邻以施加不同的温度，并且具有能够水平移动和竖直移动的一对加热块(310、320)。2.根据权利要求1所述的PCR系统，其中，所述温度控制模块(300)包括：第一加热块，包括与所述反应井的表面相对应的第一加压表面(G1)，并且保持在变性所需的温度(以下称为“第一温度”)；第二加热块(320)，设置在与所述第一加热块(310)相对应并且与所述第一加热块(310)间隔开的位置处，包括与所述反应井的表面相对应的第二加压表面(G2)，并且保持在退火所需的温度(以下称为“第二温度”)；以及驱动模块(330)，配置为进行所述第一加热块(310)和所述第二加热块(320)的水平移动和竖直移动。3.根据权利要求2所述的PCR系统，还包括冷却风扇单元(340)，所述冷却风扇单元(340)配置为控制所述第一加热块(310)与所述第二加热块(320)之间的热辐射传导。4.根据权利要求3所述的PCR系统，其中，所述第一加热块(310)和所述第二加热块(320)设置成根据所述驱动模块(330)的操作彼此间隔开并且彼此交叉以进行所述竖直移动。5.根据权利要求3所述的PCR系统，其中，所述第一加热块(310)或所述第二加热块(320)还包括形成在其一个侧表面上的冷却图案部分(311、321)。6.根据权利要求3所述的PCR系统，其中，所述第一加热块(310)和所述第二加热块(320)通过温度传感器和加热单元将设定温度保持在所述第一温度或所述第二温度。7.根据权利要求3所述的PCR系统，其中，所述驱动模块(330)包括引导构件(331、332)，所述引导构件(331、332)穿过所述第一加热块(310)和所述第二加热块(320)，以及所述第一加热块(310)和所述第二加热块(320)沿着所述引导构件(331、332)进行所述竖直移动。8.根据权利要求6所述的PCR系统，还包括设置在所述引导构件(331、332)下方的弹性构件(S1、S2)。9.一种聚合酶链式反应(PCR)系统，包括：温度控制模块(300)，包括一对加热块(310、320)，所述加热块(310、320)能够水平移动和竖直移动，以将彼此不同的第一温度和第二温度施加到PCR板(200)的上部分，所述PCR板(200)接收核酸溶液并且容纳包含引物、引物/探针或引物探针的PCR干燥混合物；以及恒温板(350)，设置在所述PCR板(200)下方，以将所述PCR板(200)的温度保持在所述第一温度或所述第二温度。10.根据权利要求9所述的PCR系统，其中，所述恒温板(350)包括被加热到第一温度的第一区域和与所述第一区域间隔开并且被加热到第二温度的第二区域，所述第一加热块310的第一加压表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴翰浯，金锺甲，李洋源，朴相玲，张惠真，
申请(专利权)人：株式会社百奥尼，
类型：发明
国别省市：