RU2691763C2 - Device for simultaneous monitoring in real time scale of nucleic acid amplifications - Google Patents

Device for simultaneous monitoring in real time scale of nucleic acid amplifications Download PDF

Info

Publication number
RU2691763C2
RU2691763C2 RU2017102397A RU2017102397A RU2691763C2 RU 2691763 C2 RU2691763 C2 RU 2691763C2 RU 2017102397 A RU2017102397 A RU 2017102397A RU 2017102397 A RU2017102397 A RU 2017102397A RU 2691763 C2 RU2691763 C2 RU 2691763C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
database
test tubes
correction
signals
Prior art date
Application number
RU2017102397A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017102397A (en
RU2017102397A3 (en
Inventor
Дмитрий Анатольевич Белов
Юрий Васильевич Белов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН)
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН)
Priority to RU2017102397A priority Critical patent/RU2691763C2/en
Publication of RU2017102397A publication Critical patent/RU2017102397A/en
Publication of RU2017102397A3 publication Critical patent/RU2017102397A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2691763C2 publication Critical patent/RU2691763C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00Thermometers specially adapted for specific purposes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6486Measuring fluorescence of biological material, e.g. DNA, RNA, cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/02Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
    • G01N25/04Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering of melting point; of freezing point; of softening point
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/20Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/30Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to devices for qualitative and quantitative analysis of nucleic acids (DNA and RNA), which can be used in medical practice in diagnosing infectious, oncological and genetic human and animal diseases for research purposes in molecular biological, genetic studies, monitoring gene expression. Device uses the polymerase chain reaction (PCR) method in real time. Device for simultaneous monitoring in real time of multiple amplifications of nucleic acid comprises thermocycler including heat-conducting element with located in it recesses for test tubes with reaction mixtures, thermal cover, heat-insulating partition and device for automatic control of temperature mode, optical system, which includes radiation source, coaxial fiber-optic light guide for transmitting excitation light from the source to the test tubes and from the reaction mixture-containing tubes to the detector for detecting fluorescence, and a detector for detecting fluorescence, as well as a microprocessor control device and a personal computer with software. Device is provided with a correcting system comprising a database, an approximating device, a device for determining thermal parameters of the test tubes and a correction device, wherein the reaction mixtures can contain fluorescent probes or analyzed samples, the database input is connected to the output of the optical system, data base is connected by two-way communication with approximating device, device for determining thermal parameters of the test tubes and correction device, and output of database is connected to input of automatic control of temperature mode and input of personal computer, wherein correcting system provides formation, storage and transmission of temperature correction signals to automatic temperature control device, and automatic control device of temperature mode performs heat correction element temperature correction operation.
EFFECT: high homogeneity of temperature of the heat-conducting element with recesses for test tubes with reaction mixtures, reduced error of quantitative measurements in cyclic mode and reduced error of determining melting point of analyzed samples in each test tube.
9 cl, 5 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к устройствам для качественного и количественного анализа нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), которые могут быть использованы в медицинской практике при диагностике инфекционных, онкологических и генетических заболеваний человека и животных, в исследовательских целях при молекулярно-биологических, генетических исследованиях, при мониторинге экспрессии генов. В устройстве использован метод полимеразной цепной реакции (ПНР) в реальном времени.The present invention relates to devices for the qualitative and quantitative analysis of nucleic acids (DNA and RNA), which can be used in medical practice in the diagnosis of infectious, oncological and genetic diseases of humans and animals, for research purposes in molecular biological, genetic studies, in monitoring gene expression. The device used the method of polymerase chain reaction (PNR) in real time.

Для реализации метода ПЦР исследуемые образцы после соответствующей подготовки вносятся в пробирки, содержащие реакционной смеси с флуоресцентными красителями. Затем пробирки помещаются в устройство, содержащее термоциклер, обеспечивающий проведение ПЦР, и флуоресцентный детектор, на выходе которого получаются сигналы флуоресцентных красителей, по которым оценивается количество продуктов ПЦР на любой стадии реакции.To implement the PCR method, the samples under study, after appropriate preparation, are introduced into test tubes containing the reaction mixture with fluorescent dyes. Then the tubes are placed in a device containing a thermal cycler that provides PCR, and a fluorescent detector, the output of which receives signals from fluorescent dyes, which are used to estimate the number of PCR products at any stage of the reaction.

Основными этапами анализа нуклеиновых кислот являются амплификация в циклическом режиме (например, от 60 до 95°С) и плавление в режиме изменения температуры образцов (с шагом 0,5 или 1°С).The main stages of the analysis of nucleic acids are amplification in a cyclic mode (for example, from 60 to 95 ° C) and melting in the mode of changing the temperature of the samples (in increments of 0.5 or 1 ° C).

Кривая плавления ДНК исследуемых образцов (графическое изображение зависимости флуоресценции от температуры образца) может быть получена путем регистрации дискретных сигналов флуоресценции красителя, который связан с двойной цепью ДНК исследуемого образца. Когда температура достигает значения плавления двухцепочечной ДНК Тм, наблюдается значительное изменение флуоресценции. Значение температуры плавления является функцией длины и соотношения нуклеотидов GC/AT последовательности ДНК. Кривая плавления ДНК может быть получена на основе эффекта гашения флуоресценции зонда праймером, несущим нефлуоресцирующий гаситель флуоресценции. Кривая плавления ДНК однозначно характеризует продукт биохимической реакции, используется для сравнения специфических нуклеотидных последовательностей и обнаружения нуклеотидных замен в исследуемых последовательностях нуклеиновых кислот.The DNA melting curve of the test samples (graphical representation of the fluorescence as a function of the sample temperature) can be obtained by registering discrete fluorescence signals of the dye that is connected to the DNA double strand of the test sample. When the temperature reaches the melting point of the T m double-stranded DNA, a significant change in fluorescence is observed. The melting point is a function of the length and ratio of the nucleotides of the GC / AT DNA sequence. DNA melting curve can be obtained on the basis of the effect of quenching the fluorescence of the probe with a primer carrying a non-fluorescent fluorescence quencher. The DNA melting curve uniquely characterizes the product of a biochemical reaction, it is used to compare specific nucleotide sequences and detect nucleotide substitutions in the nucleic acid sequences studied.

В устройствах для качественного и количественного анализа нуклеиновых кислот методом ПЦР традиционными исполнительными элементами устройства автоматического управления температурным режимом являются элементы Пельтье. Наиболее распространенные элементы Пельтье обладают размерами 40×40 мм. Элементы Пельтье имеют тепловой контакт с теплопроводящим элементом термоциклера, в который устанавливаются пробирки. Для устройства, имеющего 32 или 96 пробирок, необходимо использовать 2 или 6 элементов Пельтье, при этом затруднительно подобрать элементы Пельтье с равной тепловой производительностью. Для измерения неоднородности и выравнивания температуры теплопроводящего элемента можно использовать контактные датчики. Однако контактные датчики имеют значительные недостатки: такие датчики обладают значительной массой и, помещенные в пробирки, вносят искажения теплового поля, соединительные провода создают дополнительные неудобства, количество контактных датчиков ограничено.In devices for the qualitative and quantitative analysis of nucleic acids by the PCR method, the traditional executive elements of the device for automatic temperature control are Peltier elements. The most common Peltier elements are 40 × 40 mm. Peltier elements have thermal contact with the heat-conducting element of the thermal cycler, in which the tubes are placed. For a device with 32 or 96 tubes, it is necessary to use 2 or 6 Peltier elements, while it is difficult to select Peltier elements with equal thermal performance. To measure the heterogeneity and temperature equalization of the heat-conducting element, contact sensors can be used. However, contact sensors have significant drawbacks: such sensors have a significant mass and, placed in test tubes, introduce distortions of the thermal field, connecting wires create additional inconveniences, the number of contact sensors is limited.

В предлагаемом устройстве для измерения неоднородности и выравнивания температуры теплопроводящего элемента используются бесконтактные датчики в виде пробирок для ПЦР на основе гасимых флуоресцентных зондов. Интенсивность излучения таких зондов увеличивается при увеличении температуры. Температура плавления Тм зонда соответствует максимальному значению на пике дифференциальной кривой плавления. Для зондов вблизи температуры плавления коэффициент температурной зависимости флуоресценции имеет значительную величину (порядка 10% /°С). С целью повышения однородности температуры теплопроводящего элемента и установленных в нем пробирок с реакционными смесями в предлагаемом устройстве температура плавления зондов используется для предварительного определения отклонения значения температуры каждой пробирки от среднего значения, формирования сигналов управления устройством автоматического управления температурным режимом для каждого элемента ПельтьеIn the proposed device for measuring heterogeneity and temperature equalization of the heat-conducting element, non-contact sensors are used in the form of test tubes for PCR based on quenched fluorescent probes. The radiation intensity of such probes increases with increasing temperature. The melting point T m of the probe corresponds to the maximum value at the peak of the differential melting curve. For probes near the melting point, the coefficient of the temperature dependence of fluorescence is significant (about 10% / ° C). In order to increase the temperature uniformity of the heat-conducting element and test tubes with reaction mixtures installed in the proposed device, the melting temperature of the probes is used to preliminarily determine the deviation of the temperature of each tube from the average value, generating control signals of the automatic temperature control device for each Peltier element

Известен патент на систему и способ для обработки кривой плавления ДНК (DIFFERENTIAL DISSOCIATION AND MELTING CURVE PEAK DETECTION, патент США №0037117 A1, кл. G06F 19/00, G06F 15/00, Feb. 05.02.2009 г.).A known patent for the system and method for processing the DNA melting curve (DIFFERENTIAL DISSOCIATION AND MELTING CURVE PEAK DETECTION, US Patent No. 0037117 A1, class G06F 19/00, G06F 15/00, Feb. 05/02/2009).

В этой системе для улучшения вида кривой плавления и определения температуры плавления использованы микропроцессоры (например, общего назначения, цифровые сигнальные процессоры, программируемые контроллеры), выполняющие операции дифференцирования, фильтрации и обнаружения одного или несколько пиков.In this system, microprocessors (for example, general-purpose digital signal processors, programmable controllers) are used to improve the appearance of the melting curve and determine the melting temperature. They perform differentiation, filtering, and detection of one or several peaks.

Температура плавления Tm, соответствующая максимальному значению на пике дифференциальной кривой плавления, характеризует продукт биохимической реакции. Образцу с несколькими продуктами амплификации соответствует кривая плавления с несколькими пиками.The melting point T m , corresponding to the maximum value at the peak of the differential melting curve, characterizes the product of the biochemical reaction. A sample with several amplification products corresponds to a melting curve with several peaks.

Недостаток этой системы и способа для обработки кривой плавления заключается в том, что результаты определения температуры плавления используются только для характеристики продуктов биохимической реакции в исследуемых пробах, при этом отсутствуют технические решения приборного обеспечения получения кривой плавления.The disadvantage of this system and method for processing the melting curve is that the results of determining the melting temperature are used only to characterize the products of the biochemical reaction in the studied samples, while there are no technical solutions for instrumental support for obtaining the melting curve.

Известен способ гомогенной детекции по меньшей мере одного продукта одноцепочечной амплификации (патент на изобретение РФ №2460804 МПК C12Q 1/68, С12Р 19/34, C12N 15/11, опубл. 10.09.2012. Бюл. №25).There is a method of homogeneous detection of at least one single-chain amplification product (patent for invention of the Russian Federation No. 2460804 IPC C12Q 1/68, C12P 19/34, C12N 15/11, publ. 10.09.2012. Bull. No. 25).

В этом способе температура плавления праймеров, зондов и ампликонов Tm означает температуру, при которой половина исследуемого вещества существует в двухцепочечной, а половина в одноцепочечной форме.In this method, the melting point of primers, probes and amplicons T m means the temperature at which half of the test substance exists in double-stranded and half in single-stranded form.

Соответствующие этому изобретению гасимые флуоресцентные зонды, предпочтительно, содержат флуорофор на одном своем конце и нефлуоресцирующую гасящую группу на другом конце.The absorbable fluorescent probes corresponding to this invention preferably comprise a fluorophore at one end thereof and a non-fluorescent quenching group at the other end.

Недостаток этого способа заключается в том, что анализ кривых плавления дает возможность различить продукты и получить количественную характеристику их концентраций, при этом отсутствуют технические решения приборного обеспечения получения кривой плавления.The disadvantage of this method is that the analysis of melting curves makes it possible to distinguish between products and to obtain a quantitative characteristic of their concentrations, while there are no technical solutions for instrumentation to obtain a melting curve.

Известен способ детекции специфических нуклеотидных последовательностей и нуклеотидных замен с помощью ПЦР в режиме реального времени с эффектом гашения флуоресценции зонда праймером (патент на изобретение РФ №2451086, МПК C12Q 1/68, опубл. 20.05.2012. Бюл. №14).A known method for the detection of specific nucleotide sequences and nucleotide substitutions using PCR in real time with the effect of quenching the fluorescence of the probe with a primer (patent for the invention of the Russian Federation No. 2451086, IPC C12Q 1/68, publ. 20.05.2012. Bull. No. 14).

В этом способе используется детекция специфических нуклеотидных последовательностей с помощью ПЦР в режиме реального времени с эффектом гашения флуоресценции зонда праймером. Для этого выполняется выделение нуклеиновых кислот из исследуемых образцов, подбор соответствующих олигонуклеотидных зондов и праймеров, ПЦР-амплификация одного или более необходимых целевых участков нуклеотидной последовательности, анализ кривых плавления зондов после проведения ПЦР. После амплификации кривые плавления получают путем начальной инкубации 2 мин при 45°С и последующем повышением температуры на 1°С каждые 10 сек до 80°С с постоянной детекцией флуоресценции на каналах FAM, JOE, ROX и Су5. Пространственное разделение флуорофора и гасителя в результате плавления комплекса зонд-ДНК-мишень приводит к увеличению флуоресценции. После завершения амплификации проводят анализ кривых плавления F от Т. Идентификацию продуктов амплификации осуществляют по значениям Тм, соответствующим пикам кривых плавления на графике dF/dT от Т.This method uses the detection of specific nucleotide sequences by real-time PCR with the effect of quenching the fluorescence of the probe with a primer. To do this, the selection of nucleic acids from the samples under study, the selection of appropriate oligonucleotide probes and primers, PCR amplification of one or more necessary target regions of the nucleotide sequence, analysis of the melting curves of the probes after PCR. After amplification, melting curves are obtained by an initial incubation of 2 min at 45 ° C and a subsequent temperature increase of 1 ° C every 10 seconds to 80 ° C with constant fluorescence detection on the FAM, JOE, ROX and Cy5 channels. The spatial separation of the fluorophore and quencher as a result of the melting of the probe-DNA target complex leads to an increase in fluorescence. After the amplification is completed, the melting curves F from T are analyzed. The amplification products are identified by the T m values corresponding to the melting curve peaks on the dF / dT graph from T.

Описанный способ решает задачу повышения эффективности и расширении возможностей анализа специфических нуклеотидных последовательностей и нуклеотидных полиморфизмов с помощью метода ПЦР-РВ за счет применения эффекта гашения флуоресценции зонда праймером, несущим нефлуоресцирующий гаситель флуоресценции.The described method solves the problem of increasing the efficiency and expanding the possibilities of analyzing specific nucleotide sequences and nucleotide polymorphisms using the PCR-RV method by applying the effect of quenching the probe fluorescence with a primer carrying a non-fluorescent fluorescence quencher.

Этот известный способ обладает следующим основным недостатком: результаты его реализации получены помощью известной системы ПЦР в режиме реального времени и не используются для улучшения параметров этой системы. Другим недостатком является значительная погрешность определения температуры плавления Tm, которая обусловлена дискретностью повышения температуры на 1°С каждые 10 сек, шумом и дрейфом нулевой линии при детекции флуоресценции зонда.This known method has the following main disadvantage: the results of its implementation are obtained using a known PCR system in real time and are not used to improve the parameters of this system. Another disadvantage is the significant error in determining the melting temperature T m , which is caused by the discreteness of the temperature increase by 1 ° C every 10 seconds, noise and drift of the zero line when the probe fluorescence is detected.

Известен патент на прибор и метод для автоматизированной термообработки образцов жидкостей (патент США №8797526, В2, кл. G01N 1/10, 05.08.2014 г.). Прибор содержит термоблок, оснащенный системой контроля температуры и контейнером для множества пробирок с образцами, при этом конструкция контейнера обеспечивает термический контакт контейнера с установленными в нем пробирками. Контейнер имеет тепловой контакт через плиту основания с верхней поверхностью термоэлектрического элемента (элемента Пельтье). Нижняя поверхность термоэлектрического элемента соединена с теплообменником (радиатором). Выше ячеек с образцами расположена нагревательная плита с нагревательным элементом (термокрышка). В отверстиях термокрышки расположены оптоволоконные световоды возбуждения и приема излучения.Known patent for the device and method for automated heat treatment of samples of liquids (US patent No. 8797526, B2, CL G01N 1/10, 08/05/2014). The device contains a thermoblock, equipped with a temperature control system and a container for a variety of test tubes with samples, while the design of the container ensures the thermal contact of the container with the test tubes installed in it. The container has thermal contact through the base plate with the upper surface of the thermoelectric element (Peltier element). The bottom surface of the thermoelectric element is connected to a heat exchanger (radiator). Above the sample cells is a heating plate with a heating element (thermal cover). In the holes of the thermal cover are located the optical fibers of the excitation and reception of radiation.

В некоторых исполнениях устройство управления, предназначенное для контроля автоматической термообработки образцов, построено в виде микропроцессорного контроллера, выполняющего машинно-считываемую программу, состоящую из команд на производство операций в соответствии с заранее составленной последовательностью шагов.In some versions, a control unit designed to control the automatic heat treatment of samples is built in the form of a microprocessor controller that executes a machine-readable program consisting of commands to perform operations in accordance with a predetermined sequence of steps.

В некоторых исполнениях используется несколько термоэлектрических устройств, работающих на основе эффекта Пельтье. В некоторых исполнении прибор может использоваться для термообработки образцов в соответствии с кривыми плавления.In some versions, several thermoelectric devices based on the Peltier effect are used. In some versions, the device can be used for heat treatment of samples in accordance with the melting curves.

Недостаток этого прибора и метода заключается в отсутствии технических решений задачи измерения и корректировки неравномерности температур в пробирках.The disadvantage of this device and method is the lack of technical solutions to the problem of measuring and correcting temperature irregularities in test tubes.

Известно устройство для одновременного контроля в реальном масштабе времени множества амплификации нуклеиновой кислоты (патент на изобретение РФ №2304277, МПК G01N 21/63, опубл. 10.08.2007 г. Бюл. №22).A device for simultaneous real-time monitoring of multiple nucleic acid amplification is known (patent for invention of the Russian Federation No. 2304277, IPC G01N 21/63, publ. 10.08.2007, Bull. No. 22).

Устройство содержит термоциклер с теплопроводящим элементом, термокрышку, устройство автоматического управления температурным режимом и оптическую систему. В теплопроводящем элементе имеются углубления для пробирок с реакционными смесями. Оптическая система включает источник излучения, волоконно-оптические световоды для передачи света возбуждения от источника и излучения флуоресценции из пробирок и детектор. Световоды выполнены в виде оптических волокон с коаксиально расположенной центральной частью для передачи света возбуждения и периферийной частью для сбора флуоресценции. Центральная часть световода апертурно согласована с количеством реакционной смеси в пробирках.The device comprises a thermal cycler with a heat-conducting element, a thermal lining, an automatic temperature control device and an optical system. In the heat-conducting element there are depressions for test tubes with reaction mixtures. The optical system includes a radiation source, fiber-optic fibers for transmitting excitation light from the source and fluorescence emission from test tubes and a detector. The light guides are made in the form of optical fibers with a coaxial central part for transmitting excitation light and a peripheral part for collecting fluorescence. The central part of the fiber is aperturely matched with the amount of the reaction mixture in test tubes.

Недостаток этого устройства заключается в отсутствии технических решений задачи измерения и корректировки неравномерности температур в пробирках.The disadvantage of this device is the lack of technical solutions to the problem of measuring and adjusting temperature irregularities in test tubes.

Ближайшим из известных по технической сущности и назначению является устройство для одновременного контроля в реальном масштабе времени множества амплификации нуклеиновой кислоты (патент на изобретение РФ №2418289, МПК G01N 21/64, опубл. 10.05.2011. Бюл. №13).The closest of the known technical essence and purpose is a device for simultaneous control in real time of multiple nucleic acid amplification (patent for invention of the Russian Federation No. 2418289, IPC G01N 21/64, publ. 10.05.2011. Bull. No. 13).

Известное устройство решает задачу сокращения времени анализа, повышения чувствительности устройства и уменьшения необходимого для проведения ПЦР количества реакционной смеси.The known device solves the problem of reducing the time of analysis, increasing the sensitivity of the device and reducing the amount of reaction mixture required for PCR.

Это устройство состоит из амплификатора, включающего в себя устройство для термоциклирования (термоциклер) с секцией проб, флуориметрического детектора с источником излучения и приемником излучения, микропроцессорного устройства управления и персонального компьютера с программным обеспечением.This device consists of an amplificator comprising a device for thermal cycling (thermal cycler) with a sample section, a fluorimetric detector with a radiation source and a radiation receiver, a microprocessor control device and a personal computer with software.

Устройство содержит термоциклер, включающий теплопроводящий элемент с расположенными в нем углублениями для пробирок с реакционными смесями, термокрышку и устройство автоматического управления температурным режимом, а также оптическую систему, включающую источник излучения, коаксиальные волоконно-оптические световоды для передачи света возбуждения от источника и излучения флуоресценции из пробирок, и детектор для детектирования флуоресценции, центральная передающая свет.возбуждения часть световода апертурно согласована с количеством реакционной' смеси в пробирках, установленных в углублениях теплопроводящего элемента, при этом объем пробирок соответствует максимальному объему реакционной смеси, между пробирками и термокрышкой установлена сменная теплоизолирующая перегородка с отверстиями.The device contains a thermal cycler, including a heat-conducting element with recesses located in it for test tubes with reaction mixtures, a thermal lining and an automatic temperature control device, as well as an optical system including a radiation source, coaxial fiber-optical fibers for transmitting excitation light from the source and emitting fluorescence from tubes, and a detector for detecting fluorescence, the central transmitting light excitation part of the fiber is aperturely matched to the number of The reaction mixture in test tubes installed in the recesses of the heat-conducting element, the volume of the tubes corresponds to the maximum volume of the reaction mixture, a replaceable heat-insulating partition with holes is installed between the tubes and the thermal lid.

Недостатком известного устройства можно признать отсутствие технических решений для повышения однородности температуры теплопроводящего элемента с расположенными в нем углублениями для пробирок с реакционными смесями и для уменьшения погрешности определения температуры плавления Tm образцов, которая обусловлена дискретностью повышения температуры, шумом и дрейфом нулевой линии при детекции флуоресценции зонда.A disadvantage of the known device can be recognized the lack of technical solutions to improve the temperature uniformity of the heat-conducting element with recesses located in it for test tubes with reaction mixtures and to reduce the error in determining the melting temperature T m of samples, which is caused by the discreteness of temperature increase, noise and zero-line drift during probe detection .

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения однородности температуры теплопроводящего элемента с расположенными в нем углублениями для пробирок с реакционными смесями, уменьшения погрешности количественных измерений в результате амплификации в, циклическом режиме и уменьшения погрешности определения температуры плавления исследуемых образцов в каждой пробирке.The present invention solves the problem of increasing the temperature uniformity of the heat-conducting element with recesses located therein for test tubes with reaction mixtures, reducing the error of quantitative measurements as a result of amplification, cyclic mode and reducing the error of determining the melting temperature of the samples under study in each test tube.

Указанная задача решается за счет того, что известное устройство, содержащее термоциклер, включающий теплопроводящий элемент с расположенными в нем углублениями для пробирок с реакционными смесями, термокрышку, теплоизолирующую перегородку и устройство автоматического управления температурным режимом, оптическую систему, включающую источник излучения, коаксиальный волоконно-оптический световод для передачи света возбуждения от источника к пробиркам и от пробирок с реакционными смесями к детектору для детектирования флуоресценции, и детектор для детектирования флуоресценции, а также микропроцессорное устройство управления и персональный компьютер с программным обеспечением, снабжено корректирующей системой, содержащей базу данных, аппроксимирующее устройство, устройство определения тепловых параметров пробирок и устройство корректировки, при атом реакционные смеси могут содержать флуоресцентные зонды или исследуемые образцы, вход базы данных связан с выходом оптической системы, база данных соединена двухсторонней связью с аппроксимирующим устройством, устройством определения тепловых параметров пробирок и устройством корректировки, а выход базы данных соединен с входом устройства автоматического управления температурным режимом и входом персонального компьютера.This problem is solved due to the fact that the known device containing a thermal cycler, including a heat-conducting element with recesses located in it for test tubes with reaction mixtures, a thermal lining, a heat-insulating partition and an automatic temperature control device, an optical system that includes a radiation source, a coaxial fiber-optic light guide for transmitting excitation light from a source to test tubes and from test tubes with reaction mixtures to a detector for detecting fluorescence , and a detector for fluorescence detection, as well as a microprocessor control device and a personal computer with software, are equipped with a correction system containing a database, an approximation device, a device for determining thermal parameters of test tubes, and an adjustment device. Atomic reaction mixtures may contain fluorescent probes or test samples , the database input is connected with the output of the optical system, the database is connected by two-way communication with the approximation device, with the triple of determining the thermal parameters of the tubes and the correction device, and the output of the database is connected to the input of the automatic temperature control device and the input of the personal computer.

База данных обеспечивает сохранение дискретных сигналов кривой плавления F от Т каждой пробирки, производной кривой плавления dF/dT от Т и сигналов ПЦР в реальном времени, поступающих с выхода детектора и с выходов других устройств корректирующей системы, передачу сохраненных сигналов управления устройству автоматического управления температурным режимом для корректировки неоднородности температуры теплопроводящего элемента, а также передачу сохраненных сигналов на вход персонального компьютера для наблюдения сигналов на экране монитора.The database ensures the preservation of discrete signals of the melting curve F from T of each tube, the derivative of the melting curve dF / dT from T and real-time PCR signals from the detector output and from the outputs of other corrective system devices, the transmission of stored control signals to the automatic temperature control device to correct the temperature heterogeneity of the heat-conducting element, as well as transfer the stored signals to the input of the personal computer to observe the signals on the monitor screen torus.

Аппроксимирующее устройство обеспечивает выполнение операции аппроксимации сохраненной в базе данных производной кривой плавления dF/dT от Т каждой пробирки непрерывной функцией, например, полиномом или производной сигмоидальной функции, а также сохранение непрерывной функции в базе данных.The approximation device performs the operation of approximation of the derived melting curve dF / dT from T of each tube stored in the database with a continuous function, for example, a polynomial or a derivative of the sigmoidal function, as well as storing the continuous function in the database.

Устройство определения температурных параметров пробирок обеспечивает выполнение операции определения значений температурных параметров каждой пробирки, а также обеспечивает сохранение этих значений в базе данных. »The device for determining the temperature parameters of the tubes ensures the operation of determining the values of the temperature parameters of each tube, and also ensures that these values are stored in the database. "

Устройство корректировки выполняет операции формирования сигнала, соответствующего среднему значению температурных параметров всех пробирок, сохраненных в базе данных, определения отклонения температурных параметров каждой пробирки от среднего значения, формирования сигналов корректировки температуры для устройства автоматического управления температурным режимом, соответствующих среднему значению отклонения температурных параметров во всех кластерах пробирок, количество которых равно количеству элементов Пельтье, а также сохранение сигналов управления в базе данных.The correction device performs signal generation operations corresponding to the average temperature parameters of all test tubes stored in the database, determining deviations of temperature parameters of each test tube from the average value, generating temperature correction signals for the automatic temperature control device corresponding to the average value of temperature deviations in all clusters test tubes, the number of which is equal to the number of Peltier elements, as well as with control signals wounded in the database.

Устройство корректировки выполняет операции формирования сигналов корректировки температуры для устройства автоматического управления температурным режимом, соответствующих нескольким зондам, отличающимся температурой плавления и аппроксимацию этих сигналов полиномом первого или более высокого порядков.The correction device performs temperature correction signal generation operations for an automatic temperature control device corresponding to several probes differing in melting point and approximating these signals with a polynomial of the first or higher orders.

Устройство автоматического управления температурным режимом выполняет операцию корректировки температуры теплопроводящего элемента.The automatic temperature control device performs the operation of adjusting the temperature of the heat-conducting element.

Устройство корректировки обеспечивает выполнение операции определения значений среднеквадратического отклонения температурных параметров каждой пробирки от среднего значения.The correction device provides the operation of determining the values of the standard deviation of the temperature parameters of each tube from the average value.

Предлагаемое устройство после корректировки температуры теплопроводящего элемента обеспечивает выполнение операции определения значений пороговых циклов сигналов ПЦР в реальном времени от исследуемых проб в каждой пробирке, которые используются при количественных измерениях.The proposed device, after adjusting the temperature of the heat-conducting element, provides the operation of determining the values of threshold cycles of PCR signals in real time from the samples in each test tube, which are used in quantitative measurements.

Предлагаемое устройство после корректировки температуры теплопроводящего элемента обеспечивает определение температуры плавления исследуемых проб в каждой пробирке.The proposed device, after adjusting the temperature of the heat-conducting element, ensures the determination of the melting point of the samples under investigation in each tube.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены:The invention is illustrated by drawings, on which:

на фиг. 1 - принципиальная схема заявляемого устройства для одновременного контроля множества амплификаций нуклеиновой кислоты;in fig. 1 is a schematic diagram of the inventive device for the simultaneous control of multiple nucleic acid amplifications;

на фиг. 2 -графики дискретных сигналов кривой плавления зонда (Ряд 1, левая ось - относительная интенсивность флуоресценции) и производной кривой плавления зонда (Ряд 2, правая ось - относительная интенсивность производной флуоресценции) на входе аппроксимирующего устройства. Горизонтальная ось - температура°С;in fig. 2 graphs of discrete signals of the melting curve of the probe (Row 1, left axis — relative fluorescence intensity) and the derivative of the melting curve of the probe (Row 2, right axis — relative intensity of the fluorescence derivative) at the input of the approximation device. The horizontal axis is the temperature ° С;

на фиг. 3 - графики аппроксимирующей функции (Ряд 1, левая ось - относительная интенсивность сигнала) и ее производной (Ряд 2, правая ось - относительная интенсивность сигнала) на выходе аппроксимирующего устройства. Горизонтальная ось -температура°С;in fig. 3 - graphs of the approximating function (Row 1, left axis - relative signal intensity) and its derivative (Row 2, right axis - relative signal intensity) at the output of the approximation device. The horizontal axis is the temperature ° С;

на фиг. 4 - пример гистограммы температурных параметров пробирок;in fig. 4 - an example of the histogram of temperature parameters of test tubes;

на фиг. 5 - пример гистограммы температуры пробирок.in fig. 5 is an example of a histogram of the temperature of the tubes.

Заявленное устройство (фиг. 1) содержит термоциклер 1 с секцией проб 2, оптическую систему 3, включающую источник излучения 4 и детектор флуоресценции 5, микропроцессорное устройство управления 6, персональный компьютер 7 с программным обеспечением и корректирующую систему 8.The claimed device (FIG. 1) comprises a thermal cycler 1 with a sample section 2, an optical system 3 comprising a radiation source 4 and a fluorescence detector 5, a microprocessor control device 6, a personal computer 7 with software and a correction system 8.

Оптическая система 3 состоит из источника излучения 9, двух двухлинзовых конденсоров 10 и 11, между линзами которых установлены интерференционные светофильтры возбуждения 12 и эмиссии 13, фотоприемника 14 и световодного жгута 15.The optical system 3 consists of a radiation source 9, two two-lens condensers 10 and 11, between the lenses of which interferential excitation optical filters 12 and emission 13 are installed, a photodetector 14 and a light-guide bundle 15.

Термоциклер 1 содержит термокрышку 16, теплопроводящий элемент 17 с расположенными в нем углублениями для пробирок с реакционными смесями, между термокрышкой 16 и теплопроводящим элементом 17 установлена сменная теплоизолирующая перегородка 18. Термоциклер 1 содержит также устройство автоматического управления температурным режимом 19.Thermal cycler 1 contains a thermal lining 16, a heat-conducting element 17 with recesses located in it for test tubes with reaction mixtures, a replaceable thermal insulating partition 18 is installed between the thermal lining 16 and the thermally conductive element 17. Thermal cycler 1 also contains a device for automatic control of the temperature regime 19.

Корректирующая система 8 содержит базу данных 20, аппроксимирующее устройство 21, устройство определения тепловых параметров 22 и устройство корректировки 23.The correction system 8 contains a database 20, an approximation device 21, a device for determining thermal parameters 22 and a correction device 23.

Оптическая система 3 соединена с микропроцессорным устройством управления 6, корректирующей системой 8 и базой данных 20.The optical system 3 is connected to the microprocessor control device 6, the corrective system 8 and the database 20.

Микропроцессорное устройство управления 6 соединено с персональным компьютером 7, термоциклером 1 и устройством автоматического управления температурным режимом 19.The microprocessor control unit 6 is connected to a personal computer 7, a thermal cycler 1 and an automatic temperature control device 19.

Выходы корректирующей системы 8 и базы данных 20 соединены с входами термоциклера 1, устройства автоматического управления температурным режимом 18 и персонального компьютера 7.The outputs of the correction system 8 and the database 20 are connected to the inputs of the thermal cycler 1, the automatic temperature control device 18 and the personal computer 7.

База данных 20 соединена двухсторонней связью с аппроксимирующим устройством 21, устройством определения тепловых параметров 22 и устройством корректировки 23.The database 20 is connected by two-way communication with the approximation device 21, the device for determining thermal parameters 22 and the adjustment device 23.

Все или некоторые функциональные устройства корректирующей системы предлагаемого устройства могут быть выполнены в виде интегральных микросхем. Работает предлагаемое устройство следующим образом.All or some of the functional devices of the correction system of the proposed device can be made in the form of integrated circuits. The proposed device works as follows.

В углубления теплопроводящего элемента устанавливаются пробирки с реакционными смесями, которые содержат флуоресцентные зонды или исследуемые образцы.Test tubes with reaction mixtures that contain fluorescent probes or test samples are installed in the recesses of the heat-conducting element.

Дискретные сигналы кривой плавления каждой пробирки F от Т, производной кривой плавления dF/dT от Т и сигналы ПЦР в реальном времени исследуемых образцов поступают с выхода детектора в базу данных и сохраняются в ней. Графики кривой плавления и производной кривой плавления одной из пробирок с флуоресцентным зондом представлены на фиг. 2.The discrete signals of the melting curve of each tube F from T, the derivative of the melting curve dF / dT from T, and the real-time PCR signals of the samples under study come from the detector output to the database and are stored in it. The graphs of the melting curve and the derivative of the melting curve of one of the tubes with a fluorescent probe are shown in FIG. 2

Сигналы производной кривой плавления зонда из базы данных с помощью аппроксимирующего устройства используются для выполнения операций аппроксимации производных сигналов непрерывной функцией, например, полиномом или производной сигмоидальной функции.The signals of the derivative of the melting curve of the probe from the database using an approximation device are used to perform the operations of approximation of the derived signals by a continuous function, for example, a polynomial or a derivative of a sigmoidal function.

В качестве примера результат аппроксимации производной кривой плавления зонда dF/dT от Т полином второго порядка F(1) может быть представлен в виде формулы 1:As an example, the result of approximation of the derivative of the melting curve of the probe dF / dT from T to a second-order polynomial F (1) can be represented as formula 1:

Figure 00000001
Figure 00000001

где величины А и В - коэффициенты полинома, С - постоянная составляющая.where the values A and B are the coefficients of the polynomial, C is the constant component.

Графики аппроксимирующей функции на выходе аппроксимирующего устройства представлены на фиг. 3.Graphs of the approximation function at the output of the approximation device are shown in FIG. 3

В качестве примера результат аппроксимации производной кривой плавления зонда dF/dT от Т производной сигмоидальной функции F(1) может быть представлен в виде формулы 2:As an example, the result of the approximation of the derivative of the melting curve of the probe dF / dT from the T derivative of the sigmoidal function F (1) can be represented as formula 2:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Fm - интенсивность (размах) участка плавления;where F m is the intensity (range) of the melting site;

Tm - дробное значение температуры плавления;T m - fractional value of the melting point;

k - коэффициент, который определяется наклоном кривой.k - coefficient, which is determined by the slope of the curve.

Слагаемые ƒ12 * Т учитывают смещение, а также линейную зависимость нулевой линии производной от температуры. Отрицательное значение производной дает возможность получить ее графики в области положительных величин.The terms ƒ 1 + ƒ 2 * T take into account the displacement, as well as the linear dependence of the zero line of the derivative on temperature. The negative value of the derivative makes it possible to obtain its graphs in the region of positive values.

Аппроксимирующая функция сохраняется в базе данных.The approximating function is stored in the database.

Графики аппроксимирующей функции на выходе аппроксимирующего устройства представлены на фиг. 3 (Ряд 1).Graphs of the approximation function at the output of the approximation device are shown in FIG. 3 (Row 1).

В устройстве определения тепловых параметров пробирок данные непрерывной функции в виде полинома, сохраненные в базе данных, используются для выполнения операций вычисления производной непрерывной функции F(2.In the device for determining thermal parameters of test tubes, the data of a continuous function in the form of a polynomial stored in a database are used to perform the operations of calculating the derivative of a continuous function F (2 .

Диапазон температур непрерывной этой функции ограничен, исходя из критерия нелинейности производной непрерывной функции F(2), которая может быть представлена в виде формулы 3:The temperature range of the continuous function is limited, based on the criterion of nonlinearity of the derivative of the continuous function F (2) , which can be represented as formula 3:

Figure 00000003
Figure 00000003

Тепловой параметр каждой пробирки Tm может быть представлен как результат вычисления нулевого значения производной непрерывной функции F(2)=0 в виде формулы 4:The thermal parameter of each tube T m can be represented as the result of calculating the zero value of the derivative of the continuous function F (2) = 0 as formula 4:

Figure 00000004
Figure 00000004

Графики производной аппроксимирующей функции на выходе аппроксимирующего устройства представлены на фиг. 3 (Ряд 2).Graphs of the derivative of the approximating function at the output of the approximating device are shown in FIG. 3 (Row 2).

В устройстве определения тепловых параметров пробирок данные непрерывной функции в виде производной сигмоидальной функции, сохраненные в базе данных, используются без дополнительных вычислений: температурные параметры принимаются равными значениям Tm, определенным при аппроксимации по формуле 2.In the device for determining the thermal parameters of the tubes, the data of the continuous function as a derivative of the sigmoidal function stored in the database are used without additional calculations: the temperature parameters are assumed to be equal to the values of T m determined during the approximation using formula 2.

Значения температурных параметров всех пробирок сохраняются в базе данных. Температурные параметры пробирок с повышенными температурами имеют меньшие значения по сравнению с температурными параметрами пробирок с пониженными температурами. Пример гистограммы температурных параметров 32 пробирок представлен на фиг. 4. Видно, что за счет краевого эффекта пробирки A1, А8, D1 и D8 имеют максимальные значения температурных параметров.The values of temperature parameters of all tubes are stored in the database. The temperature parameters of the tubes with elevated temperatures have lower values compared with the temperature parameters of the tubes with lower temperatures. An example of a histogram of temperature parameters of 32 tubes is shown in FIG. 4. It can be seen that due to the edge effect, tubes A1, A8, D1 and D8 have maximum values of temperature parameters.

Сохраненные в базе данных значения температурных параметров всех пробирок с помощью устройства корректировки используются для выполнения операций определения среднего значения температурных параметров всех пробирок, сохраненных в базе данных, определения отклонения значения температуры каждой пробирки от среднего значения и среднеквадратическое отклонение (СКО) пробирок, формирования сигналов корректировки температуры для устройства автоматического управления температурным режимом, соответствующих среднему значению отклонения температурных, параметров пробирок во всех кластерах, количество которых равно количеству элементов Пельтье, а также сохранение сигналов управления в базе данных.The values of temperature parameters of all test tubes stored in the database using a correction device are used to perform the operations of determining the average temperature parameters of all test tubes stored in the database, determining the deviation of the temperature of each test tube from the average value and the standard deviation of the test tubes, generating correction signals temperature for an automatic temperature control device corresponding to the mean deviation temperature, tubes parameters in all clusters, the number of which equals the number of Peltier elements, as well as maintaining the control signal in the database.

При этом значение СКО может служить критерием начальной неравномерности тепловых параметров пробирок.The value of the standard deviation can serve as a criterion for the initial non-uniformity of the thermal parameters of the test tubes.

Все выполненные операции могут быть применены к сигналам нескольких зондов с другими температурами кривых плавления для формирования сигналов корректировки температуры в диапазоне рабочих температур. При этом сигналы корректировки формируются путем выполнения операции аппроксимации температуры плавления нескольких зондов полиномом первого или более высокого порядков.All performed operations can be applied to signals from several probes with different melting curve temperatures to generate temperature correction signals in the operating temperature range. In this case, correction signals are generated by performing an operation of approximating the melting point of several probes with a polynomial of the first or higher orders.

Сигналы корректировки используются в устройстве автоматического управления температурным режимом для значительного уменьшения различия средних значений температуры пробирок кластеров, относящихся к разным элементам Пельтье. Для этого в' устройстве автоматического управления температурным режимом сигнал управления микропроцессорного устройства управления каждого элемента Пельтье изменяется согласно соответствующему сигналу корректировки.Correction signals are used in the automatic temperature control device to significantly reduce the difference in average temperatures of test tubes of clusters belonging to different Peltier elements. To do this, in the automatic temperature control device the control signal of the microprocessor control device of each Peltier element is changed according to the corresponding correction signal.

После выполнения корректировки температуры с помощью устройства автоматического управления температурным режимом предлагаемое устройство может использоваться для повторного выполнения операций определения отклонения значения температуры каждой пробирки от среднего значения и значения СКО температурных параметров пробирок. При этом значение СКО может служить критерием остаточной неравномерности тепловых параметров пробирок.After performing temperature correction using an automatic temperature control device, the proposed device can be used to re-perform operations to determine the deviation of the temperature of each tube from the average value and the RMS value of the temperature parameters of the test tubes. The value of the standard deviation can serve as a criterion for the residual non-uniformity of the thermal parameters of the test tubes.

Сигналы с выходов детектора, микропроцессорного устройства управления и базы данных корректирующей системы поступают на входы персонального компьютера для наблюдения сигналов на экране монитора.The signals from the outputs of the detector, microprocessor control unit and the database of the correction system are fed to the inputs of a personal computer to observe the signals on the monitor screen.

После выполнения корректировки температуры с помощью устройства автоматического управления температурным режимом предлагаемое устройство может использоваться с для выполнения операций определения значений пороговых циклов сигналов ПЦР в реальном времени от исследуемых проб в каждой пробирке, которые используются при количественных измерениях.After performing temperature correction using an automatic temperature control device, the proposed device can be used to perform operations for determining the values of threshold cycles of real-time PCR signals from the samples in each test tube, which are used in quantitative measurements.

Уменьшение погрешности количественных измерений достигается за счет повышения однородности температуры теплопроводящего элемента в циклическом режиме, при этом уменьшается разброс значений пороговых циклов исследуемых проб.Reducing the error of quantitative measurements is achieved by increasing the temperature uniformity of the heat-conducting element in a cyclic mode, while reducing the scatter of the values of the threshold cycles of the samples.

После выполнения корректировки температуры с помощью устройства автоматического управления температурным режимом предлагаемое устройство может использоваться для определения температуры плавления исследуемых образцов в каждой пробирке.After performing temperature adjustment using an automatic temperature control device, the proposed device can be used to determine the melting temperature of the test samples in each tube.

Пример гистограммы температуры пробирок представлен на фиг. 5. Видно, что за счет краевого эффекта пробирки A1, А8, D1 и D8 имеют более низкие значения температуры по сравнению с пробирками в центральной части теплопроводящего элемента. При этом повторно определенные значения отклонения температуры каждой пробирки от среднего значения зондов могут использоваться в качестве поправок для уменьшения погрешности определения температуры плавления исследуемых образцов в каждой пробирке.An example of the temperature histogram of the test tubes is shown in FIG. 5. It can be seen that due to the edge effect, tubes A1, A8, D1 and D8 have lower temperature values compared to tubes in the central part of the heat-conducting element. In this case, the redefined values of the deviation of the temperature of each tube from the average value of the probes can be used as corrections to reduce the error in determining the melting temperature of the samples in each test tube.

Аппроксимация производной кривой плавления полиномом или производной сигмоидальной функции позволяет значительно уменьшить погрешность определения температуры плавления: исключается погрешность дискретизации, усредняется влияние шумов и компенсируется дрейф нулевой линии.The approximation of the derivative of the melting curve by a polynomial or a derivative of the sigmoidal function can significantly reduce the error in determining the melting temperature: the discretization error is eliminated, the influence of noise is averaged, and the zero line drift is compensated.

Предлагаемое устройство позволяет повысить однородность температуры теплопроводящего элемента с расположенными в нем углублениями для пробирок с реакционными смесями, уменьшить погрешность количественных измерений в циклическом режиме и уменьшить погрешность определения температуры плавления исследуемых образцов в каждой пробирке.The proposed device allows to increase the temperature uniformity of the heat-conducting element with recesses located in it for test tubes with reaction mixtures, to reduce the error of quantitative measurements in a cyclic mode and to reduce the error in determining the melting temperature of the samples in each test tube.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №0037117 A1. Differential dissociation and melting curve peak detection. МПК G06F 19/00, G06F 15/00, 05.02.2009 r.1. US patent No. 0037117 A1. Differential dissociation and melting curve peak detection. IPC G06F 19/00, G06F 15/00, 05.02.2009 r.

2. Патент на изобретение РФ №2460804. Способ гомогенной детекции по меньшей мере одного продукта одноцепочечной амплификации. МПК C12Q 1/68, С12Р 19/34, C12N 15/11, опубл. 10.09.2012 г. Бюл. №25.2. Patent for the invention of the Russian Federation No. 2460804. The method of homogeneous detection of at least one single-stranded amplification product. IPC C12Q 1/68, C12P 19/34, C12N 15/11, publ. September 10, 2012 Byul. №25.

3. Патент на изобретение РФ №2451086. Способ детекции специфических нуклеотидных последовательностей и нуклеотидных замен с помощью ПЦР в режиме реального времени с эффектом гашения флуоресценции зонда праймером. МПК C12Q 1/68, опубл. 20.05.2012 г. Бюл. №14.3. Patent for the invention of the Russian Federation No. 2451086. The method of detection of specific nucleotide sequences and nucleotide substitutions using real-time PCR with the effect of quenching the fluorescence of the probe with a primer. IPC C12Q 1/68, publ. May 20, 2012 Byul. 14.

4. Патент США №8797526 В2. Instrument and method for the automated thermal treatment of liquid samples, кл. G01N 1/10, 05.08,2014 г.4. US patent number 8797526 B2. Instrument and method of thermal treatment of liquid samples, cl. G01N 1/10, 05.08,2014

5. Патент на изобретение РФ №2304277. Устройство для одновременного контроля в реальном масштабе времени множества амплификации нуклеиновой кислоты. МПК G01N 21/63, опубл. 10.08.2007 г. Бюл. №22.5. Patent for the invention of the Russian Federation No. 2304277. A device for simultaneous real-time monitoring of multiple nucleic acid amplifications. IPC G01N 21/63, publ. August 10, 2007 Byul. №22.

6. Патент на изобретение РФ №2418289. Устройство для одновременного контроля в реальном масштабе времени множества амплификации нуклеиновой кислоты МПК G01N 21/64, опубл. 10.05.2011 г. Бюл. №13.6. Patent for the invention of the Russian Federation No. 2418289. A device for simultaneous real-time control of multiple amplification of nucleic acid IPC G01N 21/64, publ. 05.10.2011 Byul. 13.

Claims (9)

1. Устройство для одновременного контроля в реальном масштабе времени множества амплификаций нуклеиновой кислоты, содержащее термоциклер, включающий теплопроводящий элемент с расположенными в нем углублениями для пробирок с реакционными смесями, термокрышку, теплоизолирующую перегородку и устройство автоматического управления температурным режимом, оптическую систему, включающую источник излучения, коаксиальный волоконно-оптический световод для передачи света возбуждения от источника к пробиркам и от пробирок с реакционными смесями к детектору для детектирования флуоресценции, и детектор для детектирования флуоресценции, а также микропроцессорное устройство управления и персональный компьютер с программным обеспечением, отличающееся тем, что оно снабжено корректирующей системой, содержащей базу данных, аппроксимирующее устройство, устройство определения тепловых параметров пробирок и устройство корректировки, при этом реакционные смеси могут содержать флуоресцентные зонды или исследуемые образцы, вход базы данных связан с выходом оптической системы, база данных соединена двухсторонней связью с аппроксимирующим устройством, устройством определения тепловых параметров пробирок и устройством корректировки, а выход базы данных соединен с входом устройства автоматического управления температурным режимом и входом персонального компьютера, при этом корректирующая система обеспечивает формирование, сохранение и передачу сигналов корректировки температуры устройству автоматического управления температурным режимом, а устройство автоматического управления температурным режимом выполняет операцию корректировки температуры теплопроводящего элемента.1. A device for simultaneous real-time monitoring of multiple nucleic acid amplifications containing a thermal cycler, including a heat-conducting element with recesses for test-tubes with reaction mixtures located in it, a thermal cover, a heat-insulating partition and an automatic temperature control device, an optical system including a radiation source, coaxial fiber optic light guide for transmitting excitation light from the source to the test tubes and from test tubes with reaction mixtures detector for fluorescence detection, and a detector for fluorescence detection, as well as a microprocessor control device and a personal computer with software, characterized in that it is equipped with a correction system containing a database, an approximation device, a device for determining thermal parameters of test tubes and a correction device, at the same time, the reaction mixtures may contain fluorescent probes or test samples, the database input is associated with the output of the optical system, the bases data is connected by two-way communication with an approximate device, a device for determining thermal parameters of test tubes and a correction device, and the database output is connected to the input of an automatic temperature control device and an input of a personal computer, while the correction system provides the formation, storage and transmission of temperature correction signals to an automatic control device temperature control, and the automatic temperature control device produces nyaet corrections Activity heat conductive element temperature. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что все или некоторые функциональные устройства корректирующей системы предлагаемого устройства выполнены в виде интегральных микросхем.2. The device according to claim 1, characterized in that all or some of the functional devices of the correction system of the device proposed are made in the form of integrated circuits. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что база данных обеспечивает сохранение дискретных сигналов кривой плавления каждой пробирки F от Т, производной кривой плавления dF/dТ от Т и сигналов ПЦР в реальном времени, поступающих с выхода детектора и с выходов других устройств корректирующей системы, передачу сохраненных сигналов управления устройству автоматического управления температурным режимом для корректировки неоднородности температуры теплопроводящего элемента, а также передачу сохраненных сигналов на вход персонального компьютера для наблюдения сигналов на экране монитора.3. The device according to claim 2, characterized in that the database provides for the preservation of discrete signals of the melting curve of each tube F from T, the derivative of the melting curve dF / dT from T and PCR signals in real time, coming from the detector output and from the outputs of other devices the correction system, the transmission of the stored control signals to the automatic temperature control device to correct the temperature heterogeneity of the heat-conducting element, as well as the transmission of the stored signals to the input of the personal computer Era to observe the signals on the monitor screen. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что аппроксимирующее устройство обеспечивает выполнение операции аппроксимации сохраненной в базе данных производной кривой плавления каждой пробирки непрерывной функцией, например полиномом или производной сигмоидальной функции, а также сохранение непрерывной функции в базе данных.4. The device according to p. 3, characterized in that the approximation device provides an operation of approximation stored in the database derived melting curve of each tube with a continuous function, such as a polynomial or derivative of the sigmoidal function, as well as the preservation of a continuous function in the database. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что устройство определения температурных параметров пробирок обеспечивает выполнение операции определения значений температурных параметров каждой пробирки, а также обеспечивает сохранение этих значений в базе данных.5. The device according to claim 4, characterized in that the device for determining the temperature parameters of the tubes provides the operation of determining the values of temperature parameters of each tube, and also ensures that these values are stored in the database. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что устройство корректировки выполняет операции формирования сигнала, соответствующего среднему значению температурных параметров всех пробирок, сохраненных в базе данных, определения отклонения температурных параметров каждой пробирки от среднего значения, формирования сигналов корректировки температуры для устройства автоматического управления температурным режимом, соответствующих среднему значению отклонения температурных параметров во всех кластерах пробирок, количество которых равно количеству элементов Пельтье, а также сохранение сигналов управления в базе данных.6. The device according to claim 5, characterized in that the correction device performs signal generation operations corresponding to the average temperature parameters of all test tubes stored in the database, determining deviations of temperature parameters of each tube from the average value, generating temperature correction signals for the automatic control device temperature regime corresponding to the average value of the deviation of temperature parameters in all clusters of test tubes, the number of which is the number of Peltier elements, as well as the storage of control signals in the database. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что устройство автоматического управления температурным режимом выполняет операцию корректировки температуры кластеров теплопроводящего элемента.7. The device according to claim 6, characterized in that the automatic temperature control device performs the operation of adjusting the temperature of the clusters of the heat-conducting element. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, предлагаемое устройство обеспечивает выполнение операции определения значений пороговых циклов сигналов ПЦР в реальном времени от исследуемых проб в каждой пробирке, которые используются при количественных измерениях.8. The device according to claim 7, characterized in that the proposed device provides the operation of determining the values of threshold cycles of real-time PCR signals from the samples in each test tube, which are used in quantitative measurements. 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что предлагаемое устройство обеспечивает определение температуры плавления исследуемых проб в каждой пробирке.9. The device according to claim 8, characterized in that the proposed device provides for the determination of the melting point of the investigated samples in each tube.
RU2017102397A 2016-06-21 2016-06-21 Device for simultaneous monitoring in real time scale of nucleic acid amplifications RU2691763C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017102397A RU2691763C2 (en) 2016-06-21 2016-06-21 Device for simultaneous monitoring in real time scale of nucleic acid amplifications

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017102397A RU2691763C2 (en) 2016-06-21 2016-06-21 Device for simultaneous monitoring in real time scale of nucleic acid amplifications

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017102397A RU2017102397A (en) 2018-12-19
RU2017102397A3 RU2017102397A3 (en) 2019-02-13
RU2691763C2 true RU2691763C2 (en) 2019-06-18

Family

ID=64746805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017102397A RU2691763C2 (en) 2016-06-21 2016-06-21 Device for simultaneous monitoring in real time scale of nucleic acid amplifications

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2691763C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111346685A (en) * 2020-03-10 2020-06-30 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 Device and method capable of realizing rapid temperature control
RU209636U1 (en) * 2020-11-11 2022-03-17 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство здравоохранения Российской Федерации DNA amplifier with real-time registration of results
RU216333U1 (en) * 2022-07-08 2023-01-30 Товарищество с ограниченной ответственностью "7R Bio" AMPLIFIER

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7160998B2 (en) * 1996-06-04 2007-01-09 University Of Utah Research Foundation Monitoring amplification with fret probes
RU2304277C2 (en) * 2005-06-23 2007-08-10 Яков Игоревич Алексеев Device for simultaneous real-time scale inspection of multiplicity of amplifications of nucleic acid
US20100291583A1 (en) * 2006-01-23 2010-11-18 Quest Diagnostics Investments Incorporated Methods for detecting nucleic acids using multiple signals
RU2418289C1 (en) * 2009-11-25 2011-05-10 Учреждение Российской академии наук Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН) Apparatus for real-time simultaneous monitoring of multiple nucleic acid amplifications
WO2011086006A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Steffen Mergemeier Method for detecting more than one target in a pcr-based approach applying an unspecific dye which is not interfering with the emission of fluorophore-labeled probes
RU2451086C1 (en) * 2010-12-03 2012-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Смоленская государственная медицинская академия федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию Method for detecting specific nucleotide sequences and nucleotide replacements by real-time pcr with effect of probe fluorescence quenching shown by primer

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7160998B2 (en) * 1996-06-04 2007-01-09 University Of Utah Research Foundation Monitoring amplification with fret probes
RU2304277C2 (en) * 2005-06-23 2007-08-10 Яков Игоревич Алексеев Device for simultaneous real-time scale inspection of multiplicity of amplifications of nucleic acid
US20100291583A1 (en) * 2006-01-23 2010-11-18 Quest Diagnostics Investments Incorporated Methods for detecting nucleic acids using multiple signals
RU2418289C1 (en) * 2009-11-25 2011-05-10 Учреждение Российской академии наук Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН) Apparatus for real-time simultaneous monitoring of multiple nucleic acid amplifications
WO2011086006A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Steffen Mergemeier Method for detecting more than one target in a pcr-based approach applying an unspecific dye which is not interfering with the emission of fluorophore-labeled probes
RU2451086C1 (en) * 2010-12-03 2012-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Смоленская государственная медицинская академия федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию Method for detecting specific nucleotide sequences and nucleotide replacements by real-time pcr with effect of probe fluorescence quenching shown by primer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111346685A (en) * 2020-03-10 2020-06-30 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 Device and method capable of realizing rapid temperature control
RU209636U1 (en) * 2020-11-11 2022-03-17 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство здравоохранения Российской Федерации DNA amplifier with real-time registration of results
RU216333U1 (en) * 2022-07-08 2023-01-30 Товарищество с ограниченной ответственностью "7R Bio" AMPLIFIER

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017102397A (en) 2018-12-19
RU2017102397A3 (en) 2019-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4689004B2 (en) Automatic analysis of real-time nucleic acid amplification
US7228237B2 (en) Automatic threshold setting and baseline determination for real-time PCR
EP0686699B1 (en) Apparatus and method for determining the concentration of the target nucleic acid in PCR
US6730501B2 (en) Multi-test analysis of real-time nucleic acid amplification
JP2005504543A (en) An adaptive baseline algorithm for quantitative PCR
CN105264090A (en) Calibration method, apparatus and computer program product
RU2691763C2 (en) Device for simultaneous monitoring in real time scale of nucleic acid amplifications
EP1335028B1 (en) Multi-test analysis of real-time nucleic acid amplifications
US7587283B2 (en) Growth and baseline identification determination for amplification data
JP5950740B2 (en) Nucleic acid amplification analyzer and nucleic acid amplification analysis method
WO2019128081A1 (en) Method for detecting and analyzing dna
CN111560310B (en) Random access type digital nucleic acid detection device and use method
EP4073268B1 (en) Quantification of polynucleotide analytes from dried samples
US20230001418A1 (en) Real-time thermocycler with adjustable excitation unit
RU2654571C2 (en) Method of the pcr studies instruments optical and temperature validation in real time
JP2023046057A (en) Methods for detecting target sequences and devices for detecting target sequences
RU2423685C1 (en) Method of standardisation of convection polymerase chain reaction values with direct fluorescence registration of reaction product accumulation
KR20120107717A (en) Method for selecting a threshold in amplification profile curve of real-time pcr
JP2011015620A (en) Target nucleic acid measuring method, target nucleic acid measuring apparatus, target nucleic acid measuring system, and target nucleic acid measuring program