CZ2016837A3 - A device for amplification of DNA by polymerase chain reaction in a miniature reactor - Google Patents

A device for amplification of DNA by polymerase chain reaction in a miniature reactor Download PDF

Info

Publication number
CZ2016837A3
CZ2016837A3 CZ2016-837A CZ2016837A CZ2016837A3 CZ 2016837 A3 CZ2016837 A3 CZ 2016837A3 CZ 2016837 A CZ2016837 A CZ 2016837A CZ 2016837 A3 CZ2016837 A3 CZ 2016837A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
reaction
thermostatic element
amplification
polymerase chain
reaction vessel
Prior art date
Application number
CZ2016-837A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Marek Minárik
František Foret
Barbora Belšánová
Jaromír Ladman
Original Assignee
Genomac výzkumný ústav, s.r.o.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Genomac výzkumný ústav, s.r.o. filed Critical Genomac výzkumný ústav, s.r.o.
Priority to CZ2016-837A priority Critical patent/CZ2016837A3/en
Publication of CZ2016837A3 publication Critical patent/CZ2016837A3/en

Links

Abstract

Zařízení, které umožňuje teplotní cyklování PCR reakční směsi pomocí termostatického elementu ponořeného do směsi, a kde je současně sníženo odpařování tím, že je reakční nádobka umístěna dnem vzhůru. Zařízení je vhodné pro provádění PCR amplifikace v miniaturních nádobkách, například ve vstupních portech mikrofluidních analyzátorů, kde je následně možno ihned provádět analýzu amplifikovaného produktu bez nutnosti pipetovacího mezikroku.An apparatus that allows thermal cycling of the PCR reaction mixture by means of a thermostatic element immersed in the mixture, and wherein at the same time evaporation is reduced by placing the reaction vessel upside down. The device is suitable for performing PCR amplification in miniature containers, for example in microfluid analyzer input ports, where the amplified product can be immediately analyzed without the need for a pipetting step.

Description

Oblast technikyTechnical field

Předpokládaný vynález se týká oblasti molekulární genetiky a diagnostiky využívající polymerázovou řetězovou reakci pro amplifikaci DNA fragmentů.The present invention relates to the field of molecular genetics and diagnostics using a polymerase chain reaction to amplify DNA fragments.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Metoda polymerázové řetězové reakce (PCR) je jednou ze základních technik využívaných v molekulární biologii, genetice a příbuzných oborech. PCR slouží k umělému namnožení (amplifikaci) určitého specifického úseku na základě procesu umělé in vitro replikace DNA pro potřeby dalšího zpracování či detekce. Základní princip je založen na opakované syntéze komplementárních řetězců jednořetězcových DNA fragmentů vzniklých denaturací dvojřetězcového produktu z předchozího kroku reakce. Při PCR reakci se tak cyklicky opakují kroky (i) denaturace, (ii) iniciace (nasednutí krátkých jednořetězcových DNA, tzv. primerů) a (iii) vlastní syntézy (prodloužení komplementárního řetezce). Pufrovaná směs reakčních komponent obsahující kromě předlohy pro kopírování (templátové DNA) především směs stavebních jednotek syntetizovaných fragmentů (G-, Τ-, A-, C- deoxyribonukleotidů) a enzym PCR polymerázu je v průběhu PCR reakce ohřívána na 3 různé teploty - například 30The polymerase chain reaction (PCR) method is one of the basic techniques used in molecular biology, genetics and related fields. PCR is used to artificially amplify a specific region based on the artificial in vitro DNA replication process for further processing or detection. The basic principle is based on repeated synthesis of complementary strands of single-stranded DNA fragments resulting from denaturation of the double-stranded product from the previous reaction step. In the PCR reaction, the steps of (i) denaturation, (ii) initiation (annealing of short single-stranded DNAs, so-called primers), and (iii) self-synthesis (extension of the complementary strand) are cyclically repeated. Buffered mixture of reaction components containing, in addition to template for copying (template DNA) mainly mixture of building units of synthesized fragments (G-, Τ-, A-, C- deoxyribonucleotides) and enzyme PCR polymerase is heated to 3 different temperatures during PCR reaction

po dobu 60 sekund sekund (denaturace), 54rC po dobu 30 sekund (nasednutí primerů)for 60 seconds (denaturation), 54rC for 30 seconds (primer annealing)

CM*·' o 1 (prodloužení řetězce) a tyto teploty jsou střídány postupně v průběhu typicky 20 r 25 cyklu .CM (1) (chain extension) and these temperatures are alternated sequentially over a typically 20 to 25 cycle.

Při nejrozšířenější konfiguraci probíhá PCR reakce v reakční nádobce, typicky v objemu od 5 gL do 20 μι, uvnitř PCR cykléru, ve kterém je tato nádobka umístěna v termostatickém bloku, který je zvenku ohříván a ochlazován. Rychlost přenostu tepla mezi blokem a reakční směsí a především prostupnost tepla stěnou reakční nádobky bývá často limitujícím faktorem pro zvýšení rychlosti PCR reakce. Po skončení amplifikace^je produkt (amplifikovaný DNA fragment) z nádobky vyňat pro ověření správného průběhu reakce, případně další zpracování či detekci. Častým postupem je například vizualizace PCR amplifikátu nanesením části objemu reakčního produktu na agarozový gel s následnou elektroforetickou separací. V poslední době se namísto klasické gelové elektroforézy využívájí dedikované přístroje, kde elektroforetická separace probíhá ρώ ve formátu mikrofluidního čipu, například systém Bioanalyzer 1200 od společnosti Agilent Technologies nebo Experion systém od společnosti Bio-Rad Laboratories2.In the most widespread configuration, the PCR reaction takes place in a reaction vessel, typically in a volume of 5 gL to 20 μι, inside a PCR cycler in which the vessel is placed in a thermostatic block that is heated and cooled from the outside. The rate of heat transfer between the block and the reaction mixture and especially the heat transfer through the wall of the reaction vessel is often a limiting factor for increasing the rate of PCR reaction. Upon completion of amplification, the product (amplified DNA fragment) is removed from the vial to verify proper reaction or further processing or detection. For example, a frequent procedure is to visualize the PCR amplification by applying a portion of the volume of the reaction product to an agarose gel followed by electrophoretic separation. Recently, instead of classical gel electrophoresis, dedicated devices have been used, where electrophoretic separation takes place ρώ in the microfluidic chip format, such as the Bioanalyzer 1200 system from Agilent Technologies or the Experion system from Bio-Rad Laboratories 2 .

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Ve zde navrhovaném řešení je namísto reakční nádobky ohřívané a ochlazované vnějším kontaktem s termostatovaným blokem použit termostatický element, který je do reakční nádobky ponořen a který převádí ohřev či ochlazování dovnitř reakční směsi z vnějšího teplotního cykléru, jak je ukázáno na Obrázku 1. Výhodou takového řešení je, že umožňuje teplotní cyklování uvnitř libovolných geometrických tvarů reakční nádobky, což lze například využít pro provádění PCR reakce v miniaturních nádobkách či vstupních portech mikrofluidních analyzátorů apod. V případě malých rozměrů reakční nádobky (v řádu do cca 20 pL) lze v rámci navrhovaného řešení současně umístit reakční nádobku dnem vzhůru (v důsledku povrchového napětí zůstává kapalina v nádobce) a tím snížit rychlost odpařování zahřívané směsi.In the solution proposed here, instead of the reaction vessel heated and cooled by external contact with the thermostatic block, a thermostatic element is used which is immersed in the reaction vessel and converts the heating or cooling inside the reaction mixture from the external temperature cycler as shown in Figure 1. is that it allows thermal cycling inside any geometric shapes of the reaction vessel, which can be used for example to perform PCR reactions in miniature vessels or inlet ports of microfluidic analyzers, etc. In the case of small dimensions of the reaction vessel (up to approx. 20 pL) at the same time place the reaction vessel upside down (due to surface tension the liquid remains in the vessel) and thereby reduce the rate of evaporation of the heated mixture.

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Jedním z příkladů využití navrhovaného zařízení je provádění PCR amplifikace přímo ve vstupním portu mikročipového analyzátoru Bioanalyzer 1200 společnosti Agilent Biotechnologies. Princip zařízení z Obrázku 1 byl adaptován tak, aby z jedné strany zařízení bylo možné vložit mikrofluidní čip používaný v systému Bioanalyzer (Obrázek 2). Současně bylo zařízení zdola opatřeno konickými sloupky z teplovodivého materiálu (měď), které se přesně zasunou do 96-jamkového bloku běžného PCR termocykléru, do kterého se zařízení vloží, jak je zobrazeno na Obrázku 2. PCR cyklér se následně nastaví na teplotní program a probíhající cyklování se pomocí navrhovaného zařízení přenáší pro amplifikaci přímo ve vstupním portu mikročipu. Po skončení programu tak lze čip obsahující amplifikovaný produkt ze zařízení vyjmout a rovnou vložit do mikročipového analyzátoru bez nutnosti dalšího pipetovacího mezikroku. Díky rozměrům bloku pro standardní 96-jamkové mikrotitrační destičky, lze navrhované zařízení použít pro amplifikaci ve 2 mikrofluidních čipech najednou.One example of the use of the proposed device is to perform PCR amplification directly in the input port of the Bioanalyzer 1200 Microchip Analyzer from Agilent Biotechnologies. The principle of the device of Figure 1 has been adapted so that a microfluidic chip used in the Bioanalyzer system can be inserted from one side of the device (Figure 2). At the same time, the bottom of the device was fitted with conical columns of heat conducting material (copper), which fit exactly into a 96-well block of a conventional PCR thermocycler into which the device was inserted as shown in Figure 2. The PCR cycler was then set to temperature program and running cycling is carried out by the proposed device for amplification directly in the input port of the microchip. After the program has finished, the chip containing the amplified product can be removed from the device and inserted directly into the microchip analyzer without the need for another pipetting intermediate step. Thanks to the block dimensions for standard 96-well microtiter plates, the proposed device can be used for amplification in 2 microfluidic chips at a time.

1 T.C. Lorenz, Polymerase chain reaction: basic protocol plus troubleshooting and optimization strategies, J. Vis. 1 TC Lorenz, Polymerase chain reaction: basic protocol plus troubleshooting and optimization strategies, J. Vis.

Exp. JoVE. (2012) e3998. doi:10.3791/3998.Exp. JoVE. (2012) e3998. doi: 10.3791 / 3998.

2 Dolnik, V., Liu, S., Applications of capillary electrophoresis on microchip. J. Sep. Sci. 2005, 28,1994-2009. 2 Dolnik, V., Liu, S., Applications of capillary electrophoresis on microchip. J. Sep. Sci. 2005, 28,1994-2009.

-fyrTáijTOve. wTzoicy-fyrTáijTOve. wTzoicy

Claims (5)

1. Systém pro amplifikaci nukleotidových sekvencí na bázi polymerázové řetězové reakce vyznačený tím, že do reakční nádobky je ponořen termostatický element, který zahřívá a ochlazuje reakční směs ve smyslu termocyklické amplifikační reakce.A system for amplifying nucleotide sequences based on a polymerase chain reaction, characterized in that a thermostatic element is immersed in the reaction vessel, which heats and cools the reaction mixture in terms of a thermocyclic amplification reaction. 2. Systém popsaný v bodě I. vyznačený tím, že reakční nádobkou je dávkovači kompartment mikrofluidního separačního zařízení.2. The system described in claim 1, wherein the reaction vessel is a dosing compartment of a microfluidic separation device. 3. Systém popsaný vJaodě I. a II. vyznačený tím, že termostatický element je od přímého kontaktu s reakční směsí oddělen nepropustnou teplovodivou barierou.3. The system described in Jaoda I and II. characterized in that the thermostatic element is separated from the direct contact with the reaction mixture by an impermeable heat-conducting barrier. 4. Systém popsaný v bodech I. až III. vyznačený tím, že reakční nádobka je otočena dnem vzhůru a termostatický element je do reakční směsi ponořen zdola tak, aby bylo potlačeno odpařování.4. The system described in points I to III. characterized in that the reaction vessel is turned upside down and the thermostatic element is immersed in the reaction mixture from below so as to suppress evaporation. 5. Systém popsaný v bodech I. až III. vyznačený tím, že termostatický element je použit jako míchadlo reakce ,5. The system described in points I to III. characterized in that the thermostatic element is used as a reaction stirrer,
CZ2016-837A 2016-12-28 2016-12-28 A device for amplification of DNA by polymerase chain reaction in a miniature reactor CZ2016837A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2016-837A CZ2016837A3 (en) 2016-12-28 2016-12-28 A device for amplification of DNA by polymerase chain reaction in a miniature reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2016-837A CZ2016837A3 (en) 2016-12-28 2016-12-28 A device for amplification of DNA by polymerase chain reaction in a miniature reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ2016837A3 true CZ2016837A3 (en) 2018-07-11

Family

ID=62783889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2016-837A CZ2016837A3 (en) 2016-12-28 2016-12-28 A device for amplification of DNA by polymerase chain reaction in a miniature reactor

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2016837A3 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Extraction, amplification and detection of DNA in microfluidic chip-based assays
US10487301B2 (en) Reaction tube for nucleic acid amplification capable of controlling liquid circulation path
US10273532B2 (en) Nucleic acid amplification method
EP2237889A1 (en) Rapid microfluidic thermal cycler for nucleic acid amplification
WO2005094981A1 (en) Cyclic pcr system
EP3981510B1 (en) Microfluidic control chip component for quickly performing digital pcr reaction and application thereof
Sun et al. Pre-storage of gelified reagents in a lab-on-a-foil system for rapid nucleic acid analysis
US20170067091A1 (en) Methods and devices for selection and isolation of aptamers
Hayes et al. Microfluidic droplet-based PCR instrumentation for high-throughput gene expression profiling and biomarker discovery
Bartsch et al. The rotary zone thermal cycler: a low-power system enabling automated rapid PCR
Wan et al. Sub-5-Minute Ultrafast PCR using Digital Microfluidics
Yang et al. An integratable microfluidic cartridge for forensic swab samples lysis
US20110033899A1 (en) Convection polymerase chain reaction method
CZ2016837A3 (en) A device for amplification of DNA by polymerase chain reaction in a miniature reactor
TWI445819B (en) Methods and apparatuses for convective polymerase chain reaction
US20190309346A1 (en) Combined Extraction and PCR Systems
Wang et al. Towards a portable microchip system with integrated thermal control and polymer waveguides for real‐time PCR
Shu-Mi et al. An integrated nucleic acid extraction microchip for real-time PCR micro total analysis
JP2015139379A (en) Nucleic acid amplification device and nucleic acid amplification method
Kim et al. Parallel-processing continuous-flow device for optimization-free polymerase chain reaction
Kopp et al. Continuous flow PCR on a chip
Hardt et al. Development of a slug-flow PCR chip with minimum heating cycle times
Hung et al. Genetic testing on electrowetting-on-dielectric chips for magnetic bead-based DNA extraction
Morinishi et al. Simple bulk readout of digital nucleic acid quantification assays
RU144458U1 (en) DEVICE FOR CONVECTION POLYMERASE CHAIN REACTION