快速熱循環(huán)儀的制作方法
【專利摘要】公開了實現(xiàn)與聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)相關(guān)的快速熱循環(huán)的方法與設(shè)備。將具有相對較小熱質(zhì)量的樣品裝置加熱至所需的PCR工作溫度，并使用分離的冷卻裝置根據(jù)需要快速降低溫度。在一個實施方案中，具有集成加熱元件的樣品裝置在需要升高或保持樣品溫度時與相對大熱質(zhì)量的冷卻器分離，而在需要降低溫度時與冷卻器接觸。
【專利說明】快速熱循環(huán)儀
[0001]本申請是申請?zhí)枮?00780036554.5的中國專利申請的分案申請，原申請是國際申請PCT/US2007/018946的中國國家階段申請。
[0002]相關(guān)申請:本申請要求臨時申請?zhí)?0/824027的優(yōu)先權(quán)，該申請名為“快速熱循環(huán)儀(Rapid Thermal Cycler) ”，于2006年8月30日提交，并以參考方式并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]發(fā)明領(lǐng)域:本發(fā)明屬于用于實施聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)的熱循環(huán)儀領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0004]相關(guān)技術(shù):多種工業(yè)、技術(shù)及研究應(yīng)用利用熱循環(huán)來實現(xiàn)應(yīng)用，如化學(xué)或生化反應(yīng)或者分析應(yīng)用。
[0005]分子生物學(xué)領(lǐng)域中利用熱循環(huán)的一個重要工具是稱為“聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”(PCR)的方法。PCR從遺傳物質(zhì)的少量樣品產(chǎn)生出大量的遺傳物質(zhì)。這很重要，因為對遺傳物質(zhì)的少量樣品進行測量或分析或為任何實際目的使用都可能是困難的或昂貴的，而通過PCR擴增方法產(chǎn)生大量所需遺傳物質(zhì)的能力使人們能進行重要的活動，例如鑒定樣品中特定的遺傳物質(zhì)，或者測定存在多少遺傳物質(zhì)，或者產(chǎn)生足以用作其他應(yīng)用中組分的遺傳物質(zhì)。
[0006]PCR過程是在含有用于DNA復(fù)制的以下組分的小反應(yīng)管中進行的:待復(fù)制的DNA、裝配起來以形成DNA的四種核苷酸、稱為“引物”的兩種不同的合成DNA(每種用于DNA互補鏈中的一條)和稱為DNA聚合酶的酶。
[0007]DNA是雙鏈的。PCR過程以將DNA的兩條鏈分離成各個互補鏈開始，這一步驟稱為“變性”。它通常是通過將PCR反應(yīng)混合物加熱至約94至96攝氏度的溫度并持續(xù)幾秒至超過一分鐘的時間來實現(xiàn)的。
[0008]一旦DNA被分成單鏈，就將混合物降溫至約45至約60攝氏度(通常選擇成低于引物解鏈溫度約5度)以允許引物結(jié)合到混合物中DNA的每條相應(yīng)單鏈上。此步驟通常稱為“退火”。退火步驟通常需要幾秒鐘到幾分鐘不等。
[0009]接下來，將反應(yīng)管加熱至約72至73攝氏度，在此溫度下，反應(yīng)混合物中的DNA聚合酶通過向引物添加核酸的方式在單鏈上建立DNA的第二條鏈，以形成與原始DNA鏈完全相同的雙鏈DNA。此步驟通常稱為“延伸”。延伸步驟通常需要幾秒鐘至幾分鐘來完成。
[0010]這一系列的三個步驟(有時也稱為“階段”)定義了一個“循環(huán)”。一個PCR循環(huán)的完成導(dǎo)致反應(yīng)管中DNA的量倍增。重復(fù)一個循環(huán)導(dǎo)致反應(yīng)管中DNA的量再次倍增。通常這一過程重復(fù)多次,如10-40次，產(chǎn)生大量相同的DNA片段。進行20個循環(huán)產(chǎn)生原始DNA樣品的超過一百萬個拷貝。進行30個循環(huán)產(chǎn)生超原始DNA樣品的過十億個拷貝?！盁嵫h(huán)儀”用于使在需要的時間在需要的溫度之間移動反應(yīng)管的過程自動化。
[0011]當(dāng)使用常規(guī)設(shè)備時，進行約30個循環(huán)可能需要約3個小時。由于完成每個PCR步驟之間溫度變化所花費的時間以及在每個目標(biāo)溫度下停留的時間，所以需要這樣的時間量。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]盡管能夠在幾小時內(nèi)產(chǎn)生一百萬以上的拷貝是分子生物學(xué)領(lǐng)域中極其重要的進展，但是能夠縮短運行每個PCR循環(huán)所需的時間將非常有價值。
[0013]本發(fā)明提供通過縮短每個步驟所需時間量而允許聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)更快進行的方法和設(shè)備。這是通過使用具有相對較小熱質(zhì)量(thermal mass)的樣品裝置及能將該樣品裝置迅速加熱至所需溫度然后保持該溫度下的相配套的加熱元件來實現(xiàn)的。包含具有相對大熱質(zhì)量的冷卻器(cold sink)的獨立冷卻裝置來根據(jù)需要迅速降低樣品裝置的溫度，這通過使冷卻器與樣品裝置物理接觸來實現(xiàn)。
[0014]本發(fā)明的這些和其他目的和特征通過下文的描述和所附權(quán)利要求將變得更為明顯，或者可以通過如下文所述實施本發(fā)明來理解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為了進一步闡明本發(fā)明的以上及其他優(yōu)點和特征，將通過參考附圖中所示其特定實施方案更為具體地描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)明白，這些附圖僅展示了本發(fā)明的一些典型實施方案，因而不能認(rèn)為是對其范圍的限制。將使用下列附圖通過更多的特性和細(xì)節(jié)來描述和解釋本發(fā)明，其中:
[0016]圖1A是一種構(gòu)造的熱循環(huán)儀中多個組件的示意圖，其中樣品是熱分離的；
[0017]圖1B是與圖1B相似的示意圖，但它顯示了導(dǎo)致樣品冷卻的不同構(gòu)造；
[0018]圖2是快速熱循環(huán)儀的一個說明性實施方案的透視圖；
[0019]圖3是圖2中實施方案的各個組件的分解圖；
[0020]圖4A是圖2中實施方案的橫截面，其以樣品模塊與冷卻器熱分離的位置顯示；
[0021]圖4B是與圖4A相似的橫截面，其中樣品模塊與冷卻器熱連通；
[0022]圖5A圖2-4中樣品模塊的透視圖；且
[0023]圖5B是圖5A中樣品模塊的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0024]聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是用作多種活動的預(yù)備步驟的重要工具，所述活動例如鑒定樣品中少量的特定遺傳物質(zhì)，測定樣品中存在多少遺傳物質(zhì)，或產(chǎn)生足以用于多種應(yīng)用的遺傳物質(zhì)。本發(fā)明提供了對用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的熱循環(huán)儀的改進。
[0025]常規(guī)的熱循環(huán)儀有多種樣式?？赡茏畛Ｒ姷慕Y(jié)構(gòu)包含一個大的固體導(dǎo)熱塊，其中形成適于放置小反應(yīng)管孔。就用于進行PCR的熱循環(huán)儀而言，常規(guī)塊包含多個放置相應(yīng)大小和形狀的反應(yīng)管的錐形孔，通常是96孔。使用大的金屬塊來提供大的熱質(zhì)量，這旨在迅速將所有反應(yīng)管同時帶到正確的反應(yīng)溫度，并在預(yù)期的反應(yīng)持續(xù)時間中將它們保持在相同的溫度。這是很重要的，使得技術(shù)人員可以確保在熱循環(huán)儀的循環(huán)中，每個反應(yīng)管會在反應(yīng)路徑上前進到相似的程度。例如，不能將所有反應(yīng)管保持在合適的溫度將會導(dǎo)致在一個或多個管中無法對受影響的管內(nèi)的內(nèi)含物正確地進行變性、退火或延伸。
[0026]使用具有大熱質(zhì)量的樣品塊需要大量時間將該塊的溫度升高或降低至每個PCR循環(huán)中后續(xù)步驟的目標(biāo)溫度。與使用大熱質(zhì)量塊的熱循環(huán)儀相反，本發(fā)明提供不同的方法，其允許熱循環(huán)儀的循環(huán)在不同階段之間迅速進行溫度變化。本發(fā)明減少了每個PCR循環(huán)所需的時間量，并減少了反應(yīng)管接近但未到每個目標(biāo)溫度的時間量。
[0027]圖1A和IB圖示了根據(jù)本發(fā)明一個方面的快速熱循環(huán)儀的一些組件。具體地，圖1A描述了樣品裝置20，其設(shè)置成容納含有待擴增DNA或cDNA的一個或多個樣品，并包括加熱元件或與其相關(guān)聯(lián)，此加熱元件能夠使樣品溫度升高至所需溫度并能夠使樣品保持在該溫度。
[0028]樣品裝置20任選地與PCR檢測系統(tǒng)22相關(guān)聯(lián)，后者實時監(jiān)測樣品裝置中聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進行狀態(tài)，或觀察其是否未能進行。
[0029]樣品裝置20還與控制器24相關(guān)聯(lián)，后者在PCR循環(huán)的不同步驟中控制樣品裝置的溫度?？刂破?4還與冷卻裝置26相關(guān)聯(lián)。
[0030]在圖1A中，樣品裝置20顯示為由于樣品裝置與冷卻裝置物理分離而與冷卻裝置26熱分離。圖1B顯示與圖1A相同的組件，但顯示的是樣品裝置20與冷卻裝置26物理接觸，導(dǎo)致熱量如箭頭28所示從樣品裝置傳導(dǎo)至冷卻裝置。
[0031]將包含待擴增DNA和必要的PCR化學(xué)成分的樣品放入樣品裝置20。如已經(jīng)指出的，樣品裝置20包括能夠?qū)囟忍嵘罰CR循環(huán)中不同目標(biāo)溫度并在達到后能夠保持這一溫度的加熱元件。控制器24監(jiān)測和控制該樣品裝置的溫度，且優(yōu)選地還控制PCR進程中每一步驟的持續(xù)時間。控制器24還控制PCR步驟中冷卻裝置與樣品裝置的分離，并在期望降低樣品裝置的溫度時使樣品裝置與冷卻裝置物理接觸。這可以通過使樣品裝置或者冷卻裝置保持靜止并將另一個從與其分離或接觸的位置上移開來實現(xiàn)，或者兩者都可移動。但是優(yōu)選將樣品裝置固定，從而使可能包含要求精確對準(zhǔn)的光學(xué)設(shè)備的PCR檢測系統(tǒng)不會受到可能由于移動而引起的不良影響。
[0032]樣品裝置20可以設(shè)計成容納單個樣品，但更普遍的是容納多個樣品。對于小的便攜式熱循環(huán)儀而言，樣品裝置很可能為實現(xiàn)小外形因素(form factor)和低能耗而容納少量一次性樣品管，但是，本發(fā)明的熱循環(huán)儀可以擴大規(guī)模以容納許多樣品，這通過擴大樣品裝置及冷卻裝置各自的大小或通過提供多個樣品裝置和多個冷卻裝置來實現(xiàn)。[0033]樣品裝置20將優(yōu)選地具有相對小的熱質(zhì)量，以能夠在PCR循環(huán)的過程中相對迅速地提高或降低溫度，但應(yīng)當(dāng)明白的是，實際的熱質(zhì)量可以視特定的PCR需要、樣品裝置以及所使用的其他裝置(例如所用的加熱元件和冷卻裝置)的材料而不同。就快速熱循環(huán)而言，本發(fā)明優(yōu)選樣品裝置、加熱元件和冷卻裝置的組合使得樣品承載器能夠以至少5°C /秒提高或降低溫度，但應(yīng)當(dāng)明白，在不需要快速PCR時，相對于使用具有大熱質(zhì)量的常規(guī)樣品塊，利用樣品裝置(與加熱元件相關(guān)聯(lián)或包含加熱元件)和可移動冷卻器的設(shè)計仍然是一個工程上的改進。
[0034]樣品裝置20可含有電阻加熱元件、陶瓷類加熱元件、固態(tài)設(shè)備例如金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或者具有可控?zé)彷敵龅钠渌M件。加熱元件可以是脈沖寬度調(diào)節(jié)的或電壓調(diào)節(jié)的或以其他方式控制，以將樣品裝置提高并保持在期望的溫度。已經(jīng)提到，優(yōu)選將加熱元件選擇成允許樣品裝置以每秒至少5°C的速度快速加熱。還優(yōu)選加熱元件能夠在PCR循環(huán)中不顯著過度加熱樣品裝置地運行。如果可以快速地調(diào)節(jié)熱輸出，這一目的將很好地達到。
[0035]PCR檢測系統(tǒng)22用于監(jiān)測每個PCR步驟的狀態(tài)。PCR檢測系統(tǒng)22可包括任何允許監(jiān)測PCR步驟的方法，但是本發(fā)明優(yōu)選使用光學(xué)系統(tǒng)，更優(yōu)選使用熒光光學(xué)系統(tǒng)。以參考方式并入本文的US公開N0.US2006/0152727A1描述了可用于檢測PCR樣品中少量熒光的光學(xué)系統(tǒng)。PCR檢測系統(tǒng)的使用是可選的，雖然其使用對于高效PCR而言是非常優(yōu)選的。
[0036]控制器24可采取多種形式，從使每個PCR步驟在設(shè)定溫度下進行設(shè)定時間的簡單機械控制器，到更加復(fù)雜的控制器，它允許定制，或者與PCR監(jiān)測系統(tǒng)協(xié)同操作，以通過實時監(jiān)測每一步驟何時完成來優(yōu)化每個PCR步驟。作為非限制性的實例，控制器24可以監(jiān)測和控制溫度、控制循環(huán)的時間、控制樣品裝置和/或冷卻裝置在彼此接觸及彼此物理分離的位置之間各個位置的時間控制和移動、控制樣品裝置中加熱元件的運行、將來自光學(xué)系統(tǒng)的電子讀數(shù)記錄至存儲器和周邊儀器(如圖表記錄儀和打印機)中、與使用者交流以及向外部連接或存儲器提供數(shù)字信息。優(yōu)選地，控制器24為計算機形式，其中本文使用的術(shù)語“計算機”以廣義使用，包括使用可編程邏輯控制器或其他能夠執(zhí)行此功能的結(jié)構(gòu)。
[0037]將冷卻裝置26保持在樣品裝置會運行的最低溫度或之下。優(yōu)選地，冷卻裝置處在顯著地低于這種最低溫度的溫度，且冷卻裝置26具有顯著高于樣品裝置20熱質(zhì)量的熱質(zhì)量，以在冷卻裝置與樣品裝置相接觸時更迅速地冷卻樣品裝置。應(yīng)當(dāng)明白，盡管監(jiān)測樣品裝置可以允許冷卻裝置在使用時有溫度變化，但優(yōu)選冷卻裝置能主動地降溫以將其保持在相對恒定的溫度，從而其冷卻能力在PCR過程中相對恒定。
[0038]圖2是熱循環(huán)儀30的說明性實施方案的透視圖。圖2展示了使用發(fā)揮圖1樣品裝置功能的樣品模塊32的一個實施方案。圖1顯示為與樣品模塊32機械分離的冷卻器34作為冷卻裝置的一個組件。雖然圖2中沒有顯示，但提供了控制如下所討論功能的控制器。雖然圖2還省略了 PCR檢測裝置，但由于已經(jīng)說明的原因，優(yōu)選提供一個。
[0039]通過參考與 圖2 —起提供的圖3更容易理解圖2中的一些組件。圖3是圖2的分解圖，并顯示冷卻器34為冷卻裝置的核心。優(yōu)選地，冷卻器34是由具有與樣品模塊熱質(zhì)量相比相對更大熱質(zhì)量的固體材料塊。冷卻器34可以用具有高熱傳導(dǎo)率并優(yōu)選地也具有高熱存儲能力的任何材料制成。冷卻器的一種合適材料是銅?？梢允褂靡粋€以上的冷卻器。
[0040]有利地，在冷卻器34上相反的側(cè)面提供常規(guī)的熱電冷卻器36(TEC)。圖2和3顯示，熱電冷卻器36嵌入冷卻器相反側(cè)面上形成的凹槽38中，此凹槽幫助安置TEC，并確保TEC與冷卻器緊密接觸。TEC的“冷”側(cè)附在冷卻器34上，而TEC的“熱”側(cè)向外。
[0041]通過從TEC的“熱”面迅速帶走熱量來提高TEC的效率。這可以通過將主動吸熱器(heat sink)40與熱電冷卻器的“熱”側(cè)緊密接觸以從TEC帶走熱量來實現(xiàn)。運行吸熱器40外側(cè)的風(fēng)扇以將熱量從吸熱器帶走并帶離熱循環(huán)儀30。優(yōu)選地，TEC的附著面包裹多種導(dǎo)熱油脂、流體或膠帶中的任何一種，以有利于熱量更迅速地從冷卻器34傳遞到TEC，然后從TEC傳遞到主動吸熱器40。
[0042]雖然多種方法可用以實現(xiàn)冷卻器與樣品模塊的分離或接觸，但圖示的實施方案顯示，冷卻器34通過桿46可移動地安裝在基板44上，桿46可滑動地穿過基板上的孔48，并固定在冷卻器的下方。桿46有利地具有置于杠桿臂52上的T形底端，杠桿臂52繼而通過支點與基板44相連。冷卻裝置的重量使杠桿臂下移，導(dǎo)致冷卻器采取與樣品模塊在空間上分離的關(guān)系。
[0043]冷卻器34還在每個側(cè)面安裝承載裝置54，承載裝置54可滑動地容納相應(yīng)的導(dǎo)桿56。承載裝置54緊固在相應(yīng)的支撐托架58上，支撐托架58固定在基板44上。支撐托架58、導(dǎo)桿56和承載裝置54的組合允許冷卻器在與樣品模塊接觸的較高位置和與樣品模塊分離的較低位置之間移動。[0044]當(dāng)期望將冷卻器與樣品模塊接觸時，啟動螺線管60 (見圖4A和4B)，以轉(zhuǎn)動杠桿臂52從而抬高冷卻器，以使冷卻器的上表面62與樣品模塊32的下表面緊密接觸，由此實現(xiàn)樣品模塊的冷卻。當(dāng)冷卻完成后，關(guān)閉螺線管，允許重力使冷卻器回落至與樣品模塊物理分離的位置。樣品模塊32緊固在頂板64上，其在圖2和3中顯示為具有一個露出樣品模塊頂部的開口 66，以放入或取出2個樣品管(未顯示)。
[0045]圖5A-5B更詳細(xì)地展示了樣品模塊32。圖5A是樣品模塊的透視圖，而圖5B是側(cè)視圖。樣品模塊32是由樣品塊68形成的，樣品塊68優(yōu)選地在保持實用性的基礎(chǔ)上盡可能小，但應(yīng)注意，它必須大至足以放置所需數(shù)量的樣品管。優(yōu)選地，樣品模塊32由具有高熱導(dǎo)率和高熱儲存能力的任何材料制成。像冷卻器一樣，一種合適的材料是銅。優(yōu)選地，提供熱電偶(未顯示)以監(jiān)測樣品模塊的溫度，且熱電偶為控制器提供實時信息。
[0046]圖5的樣品模塊具有兩個孔70，其中每個適于容納一個樣品管(未顯示)。雖然所示的實施方案提供了適用于容納一次性管的孔，但應(yīng)當(dāng)明白，使用一次性管并不是必須的。也可以使用其他幾何構(gòu)造替代孔70的構(gòu)造。
[0047]為了使用監(jiān)測PCR狀態(tài)的傳感器，任選地在樣品模塊32中提供孔洞72。所示實施例中穿過樣品模塊的洞與加熱單元74匹配。優(yōu)選地，將樣品塊68的相對熱質(zhì)量與加熱元件74的相對熱質(zhì)量選擇成確保在激活加熱元件后樣品塊的溫度可迅速上升。此結(jié)構(gòu)是在PCR循環(huán)中能夠?qū)⒉迦肟?0的樣品管中所包含樣品的溫度迅速到達預(yù)期目標(biāo)溫度的樣品塊的一個實例。當(dāng)然，鑒于本文的教導(dǎo)，其他結(jié)構(gòu)也是很明顯的，并且加熱元件可以僅僅是在需要提高或保持溫度時才與樣品模塊接觸，而不是將其固定在樣品模塊中的洞內(nèi)。
[0048]在使用時，PCR循環(huán)過程開始于在樣品孔70中放置含有合適的PCR化學(xué)物質(zhì)的樣品管。然后在已編程計算機的操控下開啟熱循環(huán)儀。在PCR熱循環(huán)的變性步驟中，冷卻器保持與樣品模塊物理分離。為了將樣品裝置加熱至PCR的變性步驟中預(yù)期的目標(biāo)溫度，計算機啟動加熱元件74。計算機監(jiān)測熱電偶或其他溫度傳感設(shè)備并控制樣品模塊的溫度，以將溫度提高然后保持在預(yù)期的目標(biāo)溫度。計算機程序優(yōu)選使用預(yù)定的常數(shù)來調(diào)節(jié)樣品模塊32的溫度，以使樣品管內(nèi)的溫度對于PCR過程的每一步都是合適的。
[0049]當(dāng)PCR方案需要PCR化學(xué)物質(zhì)的溫度降低以進行PCR循環(huán)的退火階段時，加熱元件被關(guān)閉而螺線管60被開啟以使冷卻器34與樣品模塊32物理接觸。由于溫度不同并且冷卻器34的質(zhì)量比樣品模塊32大得多，熱能迅速從樣品模塊中移去。計算機再次監(jiān)測樣品模塊的溫度，并在樣品模塊充分冷卻時關(guān)閉螺線管60，從而使冷卻器與樣品模塊分離。
[0050]接下來，計算機開啟樣品模塊加熱元件以將樣品塊維持在PCR循環(huán)的退火步驟相應(yīng)的溫度。這一過程在延伸步驟時重復(fù)進行，然后可以繼續(xù)至所期望的PCR循環(huán)數(shù)。雖然描述為三個步驟的PCR過程，但是也可使用更多或更少的步驟。例如，有可能以兩步過程來進行PCR:用于變性的較高溫度(例如，95°C )和用于退火和延伸的較低溫度(例如，60°C )。兩步法對于快速PCR是優(yōu)選的。
[0051]本發(fā)明的熱循環(huán)儀在以下方面均可按比例放大或縮小:大小、特征和復(fù)雜程度，以及根據(jù)任何期望的樣品數(shù)、便攜性要求、控制器的控制復(fù)雜度要求、可能使用的PCR檢測裝置的類型和鑒于本文的教導(dǎo)而對普通技術(shù)人員顯而易見的其他特征來進行優(yōu)化的多種外形因素。圖2-5所示的實施方案可以容易地在具有能夠使用電池滿足的低能耗的便攜式包中提供。
[0052]應(yīng)當(dāng)明白，用以描述本發(fā)明示例性實施方案的多個方面的圖是這些示例性實施例的示意圖和概要展示，而并不限制本發(fā)明，它們也不一定按比例繪制。而且，前面的描述中所述具體細(xì)節(jié)是為了以提供對本發(fā)明的透徹理解而給出，但是對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明實施時可能沒有這些特定的細(xì)節(jié)或者有不同的細(xì)節(jié)。在許多方面，熱循環(huán)儀和PCR的許多公知方面并沒有具體地描述，以避免不必要地模糊本發(fā)明。
[0053]本發(fā)明可以以其他特定的形式實施，而不背離其構(gòu)思或基本特征。在所有方面中，所述實施例均應(yīng)認(rèn)為僅僅是說明性的而非限制性的。因而，本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求書指明，而不是前 面的描述。落入權(quán)利要求的意義和等同范圍內(nèi)的所有改變都包含在其范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.用于DNA擴增的熱循環(huán)儀，其包括: 樣品承載裝置； 控制器，其控制樣品承載裝置的溫度在目標(biāo)溫度之間循環(huán)； 加熱元件，用于在控制器的控制之下將樣品承載裝置加熱至期望的溫度； 冷卻裝置，所述冷卻裝置的熱質(zhì)量比樣品承載裝置的熱質(zhì)量更大，足以導(dǎo)致在該冷卻裝置與樣品承載裝置接觸時使該樣品承載裝置的溫度迅速下降；和 機械裝置，用于在期望保持或提高樣品承載裝置的溫度時使冷卻裝置與樣品承載裝置分離，以及在期望降低樣品承載裝置的溫度時使冷卻裝置與樣品承載裝置物理接觸，所述機械裝置處于所述控制器的控制之下。
2.權(quán)利要求1的熱循環(huán)儀，其中所述樣品承載裝置的熱質(zhì)量相對于加熱元件和冷卻裝置而言足夠小，以致于使其能夠迅速改變溫度。
3.權(quán)利要求1的熱循環(huán)儀，其中所述樣品承載裝置能夠以每秒至少5°C迅速提高或降低溫度。
4.權(quán)利要求1的熱循環(huán)儀，其中所述樣品承載裝置具有多個樣品孔。
5.權(quán)利要求1的熱循環(huán)儀，其中所述樣品承載裝置具有穿入其中的洞，并且所述加熱元件位于所述洞中。
6.權(quán)利要求1的熱循環(huán)儀，其中所述控制器還控制每個PCR步驟的持續(xù)時間。
7.權(quán)利要求1的熱循環(huán)儀，其中所述樣品承載裝置保持不動，而其中所述冷卻裝置在與該樣品承載裝置物理分離的位置和與樣品承載裝置物理接觸的位置之間移動。
8.權(quán)利要求1的熱循環(huán)儀，其中所述冷卻裝置包括: 冷卻器； 至少一個熱電冷卻設(shè)備，其與所述冷卻器的至少一個表面相接觸； 吸熱器，用于從每個熱電冷卻設(shè)備中帶走熱量；和 風(fēng)扇，用于從每個吸熱器中帶走熱量。
9.權(quán)利要求1的熱循環(huán)儀，還包括在運行中監(jiān)測PCR狀態(tài)的PCR檢測裝置。
10.權(quán)利要求9的熱循環(huán)儀，其中所述控制器根據(jù)對運行中PCR狀態(tài)的監(jiān)測來控制樣品承載裝置的溫度循環(huán)。
11.權(quán)利要求1的熱循環(huán)儀，還包括電池作為電源。
12.實現(xiàn)用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的熱循環(huán)的方法，其包括以下步驟: 提供能夠承載含有待擴增DNA之樣品的樣品裝置； 將所述樣品裝置加熱至PCR步驟的目標(biāo)溫度； 在所述PCR步驟完成時停止加熱所述樣品裝置； 提供冷卻器，其熱質(zhì)量與樣品裝置的熱質(zhì)量相比足夠大，以致于使其能迅速降低所述樣品裝置的溫度； 通過將所述冷卻器與所述樣品裝置接觸而將所述樣品裝置冷卻至PCR步驟的目標(biāo)溫度，然后移動所述冷卻器以使其不與所述樣品裝置接觸；和 根據(jù)PCR的需要，重復(fù)進行前述的加熱、停止加熱及冷卻的步驟，并進行至所期望的PCR循環(huán)數(shù)。
13.權(quán)利要求12的方法，其中加熱和冷卻至目標(biāo)溫度的步驟是以每秒至少5°C的速率實現(xiàn)的。
14.權(quán)利要求13的方法，還包括以實時方式監(jiān)測每個PCR步驟的狀態(tài)的步驟。
15.權(quán)利要求14的方法，其中根據(jù)對每個PCR步驟的實時監(jiān)測來進行加熱和冷卻至目的溫度的步驟。`
【文檔編號】C12M1/34GK103525697SQ201310412286
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2006年8月30日
【發(fā)明者】丹文·R·羅伯茨, 威廉·D·比克莫爾, 賈里德·S·赫梅爾 申請人:戴克斯納有限責(zé)任公司