SK75199A3 - Reaction vessels - Google Patents

Description

Reakčná nádoba

Oblasť techniky

Predložený vynález sa týka nádob a zariadení na riadený ohrev reakčných látok, napríklad pri biochemických reakciách, a spôsobov ich využitia.

Doterajší stav techniky

Riadený ohrev reakčných nádob sa často uskutočňuje za použitia pevných blokových ohrievačov, ktoré sa ohrievajú a chladia rôznymi spôsobmi. Súčasné pevné blokové ohrievače sa ohrievajú a chladia, medzi inými, elektrickými prvkami alebo termoelektrickými zariadeniami. Iné reakčné nádoby sa môžu ohrievať halogénovými lampami alebo zariadeniami na prúdiaci vzduch. Nádoby sa môžu chladiť pomocou termoelektrických zariadení, kompresorovými chladiacimi technikami, vzduchom alebo chladiacimi médiami. Reakčná nádoba je pripojená na blokový ohrievač s rôznym stupňom komfortu. Tak napríklad tepelný kontakt medzi blokovým ohrievačom a reakčnou nádobou sa mení od jednej konštrukcie ohrievača k druhej. V reakciách vyžadujúcich viac reakčných stupňov sa teplota blokového ohrievača môže nastavovať pomocou programovateľného regulátora, napríklad na umožnenie uskutočňovania tepelných cyklov pomocou ohrievačov.

Tento typ vybavenia ohrievača je zvlášť vhodný na reakcie vyžadujúce tepelné cyklovanie, napríklad metódy amplifikácie DNA, ako polymerázová reťazová reakcia (PCR, Polymerase Chain Reaktion). PCR je postup na vytváranie veľkých množstiev zvláštnych sekvencií DNA a je založená na charakteristikách uskutočňovania bází DNA a presnom kopírovaní komplementárnych vlákien DNA. Typický postup PCR zahŕňa cyklus troch základných krokov.

Denaturácia: Zmes obsahujúca reakčné činidlá na PCR (zahŕňajúca kopírovanú DNA, jednotlivé nukleotídové bázy (A,T,G,C), vhodné priméry a enzým polymerázy) sa zahrieva na napred stanovenú teplotu na oddelenie dvoch vlákien cieľovej DNA.

Ochladenie: Zmes sa potom chladí na napred stanovenú teplotu a priméry (molekuly s krátkym vláknom, ktorých prítomnosť je nutná na tvorenie molekúl s dlhším reťazcom DNA)lokalizujú ich komplementárne sekvencie DNA a viažu sa na ne.

Rast: Zmes sa znovu zahrieva na stanovenú teplotu. Enzým polymerázy (fungujúci ako katalyzátor) pripojuje jednotlivé nukleotídové bázy na koniec priméru na vytvorenie nového vlákna DNA, ktoré je komplementárne sekvencii cieľovej DNA, pričom sa obidve vlákna vzájomne spájajú.

Nevýhoda známych blokových ohrievačov spočíva v dobe opozdenia, nutnej aby vykurovací blok mohol ohrievať a chladiť na teplotu požadovanú na reakciu. Doba na skončenie každého reakčného cyklu je čiastočne určená, vedľa rýchlosti reakcie, tepelnou dynamikou ohrievača. V reakciách zahŕňajúcich viac cyklov a viac teplotných stupňov táto doba opozdenia veľmi ovplyvňuje dobu potrebnú na úplné zreagovanie. Tepelné cyklovače založené na takýchto blokových ohrievačoch spravidla potrebujú 2 hodiny na uskutočnenie 30 úplných reakčných cyklov.

V mnohých aplikáciách PCR techniky je požadované dokončiť sekvenciu cyklov v minimálnom možnom čase. Najmä napríklad keď vzduch alebo tekutiny alebo potraviny určené na ľudskú a zvieraciu spotrebu sú podozrené z kontaminácie, môžu rýchle diagnostické metódy ušetriť veľké náklady, ak nie zdravie alebo dokonca životy.

Alternatívny tepelný cyklovač obsahuje množstvo kapilárnych reakčných trubíc zavesených vo vzduchu. Ohrev a chladenie reakčných trubíc sa uskutočňuje pomocou halogénovej lampy a prúdením vzduchu pomocou ventilátora. Tepelná dynamika tohto systému predstavuje veľké zlepšenie oproti tradičnej konštrukcii blokového ohrievača, pretože ohriaty a ochladený vzduch je vedený naprieč reakčných trubíc a je rýchle dosiahnutá požadovaná teplota, pričom ventilátor poskytuje homogénne tepelné prostredie a nútené chladenie. Počas použitia tohto aparátu môže byť uskutočnených 30 reakčných cyklov počas asi 15 minút.

Nevýhodou tohto tepelného cyklovača je, že vzduchové chladenie a ohrievanie nie je vhodné na viacúčelový aparát, a najmä nie na mobilný alebo prenosný aparát tohto druhu.

Podstata vynálezu

Prihlasovatelia vyvinuli účinný systém rýchleho ohrevu a chladenia reakčných činidiel, ktorý je použiteľný najmä pri reakciách s tepelným cyklovaním.

Predložený vynález poskytuje reakčnú nádobu zahŕňajúcu elektricky vodivý polymér, ktorý emituje teplo pri priechode elektrického prúdu.

Elektricky vodivé polyméry sú známe zo stavu techniky a je ich možné získať od Caliente Systems Inc. of Newark, USA. Iné príklady takýchto polymérov sú opísané napríklad v patentoch US 5 106 540 a US 5 106 538. Vhodné vodivé polyméry môžu poskytnúť teploty až do 300 “C a sú teda dobre použiteľné na PCR procesy, kde je typické rozmedzie teplôt medzi 30 ‘C a 100 ‘C.

Výhoda vynálezu proti konvenčnému blokovému ohrievaču je odvodená zo skutočnosti, že polyméry, ktoré vedú elektrický prúd sa ohrievajú rýchlo. Rýchlosť vykurovania závisí na presnej povahe polyméru, rozmeroch použitého polyméru a veľkosti privádzaného prúdu. S výhodou má polymér vysoký merný odpor, napríklad viac ako 1000 ohm.cm. Teplota polyméru môže byť ľahko riadená riadením množstva elektrického prúdu prechádzajúceho polymérom, čo ho umožňuje udržiavať na požadovanej teplote počas požadovanú dobu. Ďalej, rýchlosť prechodu medzi teplotami môže byť po kalibrácii ľahko riadená dodávaním vhodného elektrického prúdu, napríklad riadeným vhodným počítačovým programom.

Ďalej, v porovnaní s blokovým ohrievačom, vzhľadom na malú tepelnú hmotu polyméru, môže byť zaistené tiež rýchle ochladenie. Ak je ale potreba, reakčná nádoba môže byť podrobená umelému chladeniu na čťalšie zvýšenie rýchlosti chladenia.

Vhodné spôsoby chladenia zahŕňajú nútené vzduchové chladenie, napríklad pomocou ventilátorov, ponorenie do kúpeľa s ľadom alebo vodou atď..

Okrem toho, použitie polyméru ako vykurovacieho prvku v reakčnej nádobe spravidla umožní urobiť prístroj kompaktnejším ako sú doterajšie blokové ohrievače, čo je užitočné pri uskutočňovaní chemických reakcií v polných podmienkach ako napríklad pod šírim nebom, na rieke, v továrni alebo tiež v malej dielni.

Reakčná nádoba môže mať formu kontajnera, ako napríklad skleneného, plastového alebo silikónového kontajnera tesnej nádoby okolo Puzdro , s elektricky vodivým polymérom umiestneným v blízkosti kontajnera. Podlá je polymér vybavený puzdrom, reakčnej nádoby, v tepelnom môže byť vytvorené buď ako jedného ktoré je kontakte tvarovaný povlak, vytvorenia pripevnené s nádobou.

obalujúci reakčnú nádobu, alebo môže byť vytvorené ako pás fólie, ktorá môže byť obalená okolo reakčnej nádoby a opevnená.

Umiestnenie polymérneho puzdra znamená, že je dosiahnutelný bezprostredný tepelný styk medzi puzdrom a reakčnou nádobou. To zaisťuje, že nádoba rýchlo dosiahne požadovanú teplotu bez obvyklej doby zdržania spôsobenej izolačným efektom vzduchovej vrstvy medzi reakčnou nádobou a ohrievačom. Ďalej, polymérne puzdro môže byť použité na úpravu zariadenia za použitia už skôr existujúcich reakčných nádob. Najmä pás flexibilnej polymérnej fólie môže byť obalený okolo reakčnej nádoby rôznych velkostí a tvarov.

Pri použití puzdra môže byť výhodné, keď je perforované alebo nejakým spôsobom mriežkované. To môže zvýšiť flexibilitu polyméru a tiež umožniť lahší prístup chladiaceho média, ak nie je na chladenie použitý samotný polymér.

V ďalšom uskutočnení je polymér vytvorený ako integrálna časť reakčnej nádoby. Reakčná nádoba môže byť vytvorená z polyméru extrúziou, lisovstrekom alebo podobnými technikami. Reakčná nádoba môže byť alternatívne vyrobená za použitia kompozitnej konštrukcie, v ktorej je vrstva vodivého polyméru vložená medzi vrstvy materiálu, z ktorého je nádoba vyrobená, alebo v ktorom alebo vonkajší povrch reakčnej nádoby polymérom, alebo ďalej v ktorom je nádoba je vnútorný potiahnutý vytvorená v podstate z polyméru potiahnutého tenkým laminátom z PCR kompatibilného materiálu. Takéto nádoby môžu byť vytvorené laminovaním a/alebo nanášaním, napríklad technikami chemického alebo elektrochemického nanášania, známymi zo stavu techniky.

Nádoby, ktoré obsahujú polymér ako integrálnu súčasť, môžu predstavovať zvlášť kompaktné konštrukcie.

Ak je na niektoré zvláštne reakcie potreba niekoľko reakčných nádob, môžu byť elektrické kontakty umiestnené tak, že na všetky reakčné nádoby alebo rúrky môže byť pripojený jediný napájači prívod. Reakčné nádoby môžu byť umiestnené v poli.

Alternatívne môže mať každá reakčná nádoba alebo každá skupina reakčných nádob svoj vlastný vykurovací profil daný nastavením privádzaného prúdu do tejto nádoby alebo skupiny nádob. To poskytuje ďalšiu a zvlášť významnú výhodu reakčných nádob s polymérom podľa vynálezu proti pevným blokovým ohrievačom alebo ohrievačom na vzduch v tom, že jednotlivé nádoby môžu byť riadené navzájom nezávisle s ich vlastným tepelným profilom. To znamená, že na uskutočňovanie viac PCR skúšok zároveň je možné použiť pomerne malý aparát, nehľadiac na to, že každá skúška vyžaduje rôznu pracovnú teplotu. Napríklad PCR skúšky na zistenie veľkého množstva organizmov vo vzorke sa môžu uskutočňovať: zároveň, nehľadiac na to, že sekvencia nukleotídov, charakteristická pre každý organizmus, sa amplifikuje pri inej pracovnej teplote PCR.

Polymér môže byť vhodne vytvorený vo forme tabuľového materiálu alebo fólie, napríklad s hrúbkou 0,01 mm až 10 mm, napríklad 1 až 1 mm, s výhodou 0,1 až 0,3 mm. Pri použití tenkých fólií je minimalizovaný objem polyméru potrebný na pokrytie jednotlivej reakčnej nádoby alebo povrchu. To redukuje dobu potrebnú na ohriatie polyméru na požadovanú teplotu, ak teplo vytvorené cez polymér nemusí byť distribuované polymérneho materiálu.

priechodom prúdu cez veľký objem

V prevádzke je polymérna súčasť reakčnej nádoby umiestnená tak, aby mohol byť v polymére vytvorený elektrický prúd. To môže byť dosiahnuté vybavením polyméru kontaktmi na elektrický prívod, alebo indukovaním elektrického prúdu vo vnútri vystavením polyméru vhodnému magnetickému poľu.

Spojenie tepelného kontaktu kontajnerom s reakčným činidlom polyméru, napríklad elektrickému alebo medzi polymérom a alebo činidlami, ktoré môže byť realizované v reakčných nádobách podľa vynálezu, redukuje alebo eliminuje izolačný efekt vzduchovej vrstvy medzi vykurovacím prvkom a reakčnou nádobou.

V jednom vytvorení vynálezu nádoba zahŕňa kapilárnu rúrku. Prestup tepla z kapilárnej rúrky do reakčných činidiel v nej obsiahnutých je rýchlejší, ako aký je dosiahnutý pri použití konvenčných reakčných nádob, lebo pomer plochy povrchu k objemu reakčných činidiel v kapilárnej rúrke je väčší, ako v konvenčnej reakčnej nádobe.

Alternatívne môže nádoba zahŕňať plochú opornú dosku, ako napríklad dvojrozmerné pole, najmä čip, napríklad silikónový doštičkový čip, alebo doštičku, najmä mikroskopové sklíčko, na ktorej sú nesené reakčné činidlá. Doska môže byť vyrobená z polyméru, alebo môže byť polymér vytvorený ako integrálna časť dosky, búd ako povlak na jednej strane dosky alebo ako polymérna vrstva vo vnútri kompozitnej konštrukcie ako bolo vyššie opísané. Ak je potreba, a najmä ak je doskou čip, môže byť polymér nanášaný a/alebo leptaný v perforovanom formáte na čipe za použitia napríklad technológie tlačených obvodov (PCB, printed circuit board).

Nádoby tohto typu môžu byť zvlášť užitočné na uskutočňovanie PCR in situ, napríklad na vzorkách tkáni.

Iné vhodné reakčné nádoby sú rúrky a kyvety, známe v obore.

Vynález vyžadujúce zariadenie prostriedky polyméru a elektrického jeho teploty.

zariadenie na stupňov, pričom nádobu opísanú reakcie uvedené vyššie, vo vnútri ďalej poskytuje viac teplotných obsahuje reakčnú na vytváranie elektrického prúdu riadiace prostriedky na reguláciu množstva prúdu prechádzajúceho polymérom na riadenie

Riadiace prostriedky sú s výhodou automatické riadiace prostriedky, ako napríklad počítačom riadené interfacové umiestnenie. Pomocou programovateľného ovládača elektrického obvodu spojeného s polymérom môže byť pomocou zariadenia napred naprogramovaný definovaný vykurovací režim, napríklad definovaný počet cyklov napred stanovených teplotných stupňov, ktoré sa majú realizovať počas doby napred stanovených časových intervalov a zdržaní, vrátane využitia rôznych teplotných a časových profilov s rôznymi reakčnými nádobami v tom istom zariadení v tej istej dobe.

Riadiace prostriedky môžu zahŕňať zariadenie na monitorovanie teploty, napríklad termočlánok, ktorý monitoruje teplotu reakčnej nádoby a dodáva túto informáciu do kontrolného systému na dodržanie požadovaného režimu vykurovania a/alebo chladenia.

Alternatívne môže byť teplota polyméru monitorovaná priamo meraním jeho merného odporu, napríklad umiestnením polymérneho vykurovacieho prvku ako odporu v obvode tvoriacom Wheatstonov mostík. Tým odpadá použitie iných zariadení na meranie teploty, napríklad termočlánkov.

Voliteľne môže zariadenie ďalej obsahovať prostriedky na nútené chladenie, napríklad jeden alebo viac ventilátorov.

Zariadenie môže obsahovať množstvo kontajnerov. Polymér môže byť vytvorený ako integrálna časť každého kontajnera, ako puzdro okolo každého kontajnera alebo môže byť umiestnený tak, že je vrstva polyméru medzi susednými kontajnermi. Všetky elektrické kontakty na polymére môžu byť pripojené na jeden elektrický prívod, ak sa uskutočňuje viac reakcií, ktoré vyžadujú rovnaké teplotné stupne.

Vo výhodnom uskutočnení je ale zariadenie umiestnené tak, že polymér v kontakte s kontajnerom alebo skupinou kontajnerov (alebo tvoriaci kontajner alebo skupinu kontajnerov) je pripojený na individuálny prívod, pričom niekoľko kontajnerov alebo skupín kontajnerov je pripojených na rôzne, nezávisle riadené elektrické prívody. S týmto umiestnením sa môže súčasne uskutočňovať viac rôznych reakcií vyžadujúcich rôzne teplotné stupne, pretože každý kontajner alebo skupina kontajnerov má svoj vlastný vykurovací prvok. Toto umiestnenie umožňuje užívateľovi uskutočňovať množstvo reakcií s malými vsadeniami pri použití jediného zariadenia, čo pri použití existujúceho zariadenia nebolo možné. Jediné doteraz vhodné zariadenie na tento typ použitia sú určité konštrukcie blokových ohrievačov, ktoré majú medzi 2 a 4 segmenty, ktoré môžu byť ohrievané a chladené nezávisle. Toto zariadenie je ale obmedzené na použitie na 2 až 4 reakčné vsadenia a má nevýhodu pomalého cyklu, ako bolo opísané vyššie.

Keď reakčná nádoba obsahuje doštičku alebo čip, môže zariadenie obsahovať doštičku alebo čip, elektrický prívod, prostriedky na pripojenie elektrického prívodu na doštičku alebo na čip alebo na indukovanie elektrického prúdu v polymére a prostriedky na riadenie prúdu prechádzajúceho vrstvou polyméru v doštičke alebo čipe.

Reakčné nádoby a zariadenie podľa vynálezu môžu byť použité v rôznych situáciách, kedy je požadované uskutočňovanie chemických alebo biochemických reakcií.

Vynález tak dfalej poskytuje spôsob uskutočňovania reakcie, ako napríklad chemickej alebo biochemickej reakcie, ktorý zahŕňa ohrievanie reakčných činidiel v reakčnej nádobe uvedenej vyššie.

Rovnako ako na amplifikačné reakcie, ako napríklad už vyššie zmienená PCR reakcia, môžu byť nádoby a zariadenie podľa vynálezu použité na účely vytvárania sekvencie nukleovej kyseliny a pri kinetických štúdiách enzýmov, pri ktorých sa študuje aktivita enzýmov pri rôznych teplotách, prípadne iných reakcií, najmä reakcií zahŕňajúcich enzymatickú aktivitu, pri ktorých je potreba udržiavať presnú teplotu. Reakčné nádoby podľa vynálezu umožňujú dosiahnutie presných teplôt a ich udržiavanie počas doby vhodnej časovej periódy, podľa potreby ju rýchlo zmeniť, a to aj v mobilnom alebo prenosnom zariadení podľa niektorých uskutočnení vynálezu.

V PCR reakciách sa teplotné podmienky požadované na dosiahnutie denaturácie, ochladenia alebo predĺženia, a doba potrebná na uskutočnenie týchto stupňov, menia v závislosti na rôznych faktoroch, ako je v obore známe. Príklady týchto faktorov zahŕňajú povahu a dĺžku nukleotídu, ktorý sa má amplifikovať. Príklady týchto faktorov zahŕňajú povahu a dĺžku amplifikovaného nukleotídu, povahu použitých primárov enzýmov. Optimálne podmienky môže určiť pre každý prípad odborník v obore. Typické teploty denaturácie sú rádovo 95 ’C, typické teploty ochladenia sú rádovo 55 C a teploty predlžovania 72 C spravidla rádovo zodpovedajú. Pri použití reakčných nádob a zariadení podľa vynálezu môžu byť tieto teploty rýchlo dosiahnuté a rýchlosť prechodu medzi teplotami ľahko kontrolovaná.

V mnohých vytvoreniach vynálezu je možné samozrejme použiť skúšky pomocou generických DNA porovnávacích farbív a skúšobné génové materiály špecifické pre vlákno, napr. skúšky Taqman^R opísané v US patente č. 5 538 848 a skúšky materiálov TIRF (Total Internal Reflection Fluorescence) opísaných v W093/06241. Pri týchto skúškach sa signál zo vzorky, napríklad fluorescenčnej alebo evanescenčnej, detekuje pomocou zariadenia na monitorovanie fluorescencie. Keď sa uskutočňuje tento typ procesu, musí byť fluorescenčné monitorovacie zariadenie umiestnené tak, aby bolo schopné detekovať signál vyžarujúci zo vzorky. V niektorých prípadoch môže byť užitočné, ak je aspoň časť nádoby, napríklad v prípade rúrky podlá vynálezu jej koniec, opticky číra, aby bolo možné cez ňu uskutočňovať merania. Alternatívne môže byť nádoba vybavená prostriedkami na vedenie signálu zo vzorky do monitorovacieho zariadenia, napríklad optickým vláknom alebo evanescenčným vlnovodom.

Prehlad obrázkov na výkresoch

Vytvorenie predloženého vynálezu bude teraz opísané pomocou príkladu s odkazom na priložené výkresy, na ktorých obr. 1 predstavuje ohrievač reakčnej nádoby zahŕňajúci puzdro z elektricky vodivého polyméru umiestneného na pripevnenie okolo reakčnej rúrky, obr. 2 predstavuje reakčnú doštičku majúcu na svojom povrchu povlak elektricky vodivého polyméru, obr. 3 predstavuje reakčnú doštičku majúcu vrstvu elektricky vodivého polyméru vo vnútri kompozitnej konštrukcie, obr. 4 predstavuje zariadenie na uskutočňovanie reakcií zahŕňajúcich viac teplotných stupňov, ktoré využíva pásik elektricky vodivého polyméru na ohrev kapilárnej rúrky reakčnej nádoby, obr. 5 predstavuje schému zariadenia podľa vynálezu na uskutočňovanie PCR reakcie, obr. 6 predstavuje termocyklačný profil, použitý v zariadení podlá obr. 5, obr. 7 je schéma prenosného PCR multidetektora, a obr. 7a je schéma prvku detektora na použitie v zariadení podlá obr. 7.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Podlá obr. 1 je puzdro z elektricky vodivého polyméru vybavené elektrickými kontaktmi 2 na pripojenie na elektrický zdroj. Velkosŕ. a tvar puzdra 2 sú dané rozmermi a tvarom reakčnej nádoby 1, na ktorú je puzdro prispôsobené.

Pri použití sa puzdro 2 umiestni okolo reakčnej nádoby 1, s ktorou je v tepelnom kontakte. Kontakty 2 ^sa potom pripoja na elektrický zdroj (neznázornený) a polymérnym puzdrom 2 prechádza prúd, čím ich ohrieva spolu s reakčnou zmesou v reakčnej nádobe 1.

Podlá obr. 2 je doštička 1 potiahnutá na jednej strane elektricky vodivým polymérom 2. Elektrické kontakty sú umiestnené na jednom konci doštičky 1 a sú v elektrickom spojení s polymérnou vrstvou 2.

Na obr. 3 obsahuje nádoba doštičku 1 majúcu kompozitnú konštrukciu, v ktorej je vrstva elektricky vodivého polyméru 2 vložená medzi vrstvami obvyklého materiálu používaného na výrobu takýchto doštičiek, napríklad skla. Elektrické kontakty 3. sú umiesnené na jednom konci doštičky 1, v elektrickom spojení s polymérnou vrstvou 2.

Pri použití sa elektrický zdroj (neznázornený) pripojí na elektrické kontakty 3 na doštičke znázornenej na obr. 2 a 3 a prúd prechádza cez polymérmi vrstvu 2, čím sa ohrieva doštička 1 a reakčné činidlá umiestnené na doštičke 1.

Na obr. 4 je pásik z elektricky vodivého polymérneho filmu 2 obalený okolo kapilárnej rúrky 1 a zaistený. Pásik polymérneho filmu 2 je vybavený elektrickými kontaktmi 3, na ktoré je pripojený elektrický zdroj 5 prostredníctvom spojovacích svoriek 4.

Pri použití prúd prechádza cez polymérny film 2, čím ohrieva kapilárnu rúrku 1 a reakčné činidlá umiestnené vo vnútri kapilárnej rúrky 1.

Zariadenie podľa obr. 5 bolo skonštruované na uskutočňovanie zisťovania PCR. Ako reakčná nádoba bola použitá kapilárna rúrka s vnútorným priemerom 1,12 mm a vonkajším priemerom 1,47 mm. Pásik z elektricky vodivého polyméru 7 bol obalený okolo rúrky a zaistený tak, aby bol pridržiavaný tesne na vonkajší povrch rúrky. Ohrev sa tak uskutočňuje zo všetkých strán rúrky 6, čím sa minimalizuje teplotný gradient naprieč vzorkou v rúrke 6.

Ohrev bol zaistený prostredníctvom elektrického zdroja 8, ktorý bol prostredníctvom interface 9 pripojený na počítač 10 na umožnenie automatického riadenia vykurovacích cyklov. Ventilátorový chladič 11 bol umiestnený na vedenie vzduchu na polymér 7. Na monitorovanie teploty bol na vonkajšej strane polyméru 7 umiestnený infračervený termočlánok 12.

Na účely stanovenia výkonu zariadenia pred použitím bol na monitorovanie teploty vo vnútri rúrky 6 použitý termočlánok typu K. Vnútorné a vonkajšie teploty potom boli použité na lineárne prepočítanie vonkajšej teploty na teplotu vzorky.

Vykurovací polymér je pripojený na zdroj 8 energie a obvod je uzatvorený pomocou interface 9 a softwaru.

Vypínač 14 umiestnený na spojenie obvodu bolo rýchle optické relé, ktoré môže spínať elektrický obvod bol použitý na elektrických ventilátorov 11.

každých 10 ms. Druhý riadenie dvoch malých zaisťujúcich nútené vzduchové chladenie reakčnej vzorky, ktoré môžu pracovať nepretržite. Riadiaci software bol Labview, ktorý poskytuje užívatelsky priatelský grafický interface na programovanie aj prevádzku. Prúd bol privádzaný spočiatku s pomerne vysokou frekvenciou na rýchlejšie dosiahnutie požadovanej teploty. Po dosiahnutí stanovenej pracovnej teploty bol prúd privádzaný s menšou frekvenciou, ako je požadovaná na udržiavanie stanovenej prevádzkovej teploty počas predpísanej doby.

Zariadenie znázornené na obr. 7 zahŕňa zatváraciu škatuľu 70, ktorá má rozdelenie vymedzujúce množstvo receptorových okienok 71 detektorových prvkov. Škatuľa 70 je znázornená elektricky pripojená prostredníctvom interface 72 na zdroj 73 energie a počítač 74. Pripojenie je také, že umožňuje rozdielne napájanie každého okienka 71. Každé okienko obsahuje termočlánok (neznázornený) na monitorovanie teploty vo vnútri neho.

Detektorový prvok znázornený na obr. 7a zahŕňa reakčnú rúrku 75 obklopenú puzdrom 76. Puzdro 76 je vytvorené z vykurovacieho polyméru a je pripojené na napájačie koncovky 77 a 78.

Po naplnení a uzatvorení rúrky 75 bola zasunutá do vhodného okienka 71 až do zaklapnutia koncoviek 77 a 78 na príslušných koncovkách v okienku (neznázornené). Zapojené zariadenie je upravené na ukazovanie stavu zapojenia každej rúrky 75 na obrazovke počítača.

Uztavorenim vrchnáčika škatule 70 je uskutočnená izolácia každého okienka a zachytenie každej rúrky 75 v jej okienku.

Počítačový program je upravený na oddelenú identifikáciu hľadanej molekuly každej rúrky 75, čo je realizované tak, že je upravený na riadenie vhodného teplotného cyklu PCR na amplifikáciu tejto molekuly, ak je prítomná. Kedf je tento cyklus skončený, môže byť obsah rúrky vystavený vhodnému génovému testovaciemu detektoru na určenie, či je hľadaná molekula skutočne prítomná.

Princíp zariadenia, opísaného s ohľadom na obr. 7 a 7a, samozrejme môže byť realizovaný rôznymi spôsobmi. Môže byť skôr mobilný ako prenosný, a môže byť umiestnený na prijatie detektorových prvkov v inej forme ako vo forme rúrky napríklad vo forme doštičky. Spravidla je umiestnený na spracovanie 96 alebo 192 detektorových prvkov.

Vynález ilustruje nasledujúci príklad.

Príklad

Amplifikácia DNA , Pri použití prístroja podlá obr. 5 s odstráneným termočlánkom typu K bola uskutočňovaná nasledujúca PCR . reakcia.

Bol amplifikovaný amplikón so 100 dvojicami báz z klonovaného fragmentu Yersinia pestis. Reakčné podmienky boli napred optima1izované pomocou Idaho RapidCycler™ a vzorky rovnakej reakčnej zmesi boli amplifikované v Idaho RapidCycler™ ako kontrolne reakcie.

Reakčná zmes umiestnená v rúrke 6 obsahovala:

mM Tris.HCl pH 8,3 mM MgCl₂

2,5 mg/ml albuménu hovädzieho sérumu vždy 200 μς/ιηΐ dATP, dTTP, dCTP a dGTP vždy 10 μ9/ιη1 PCR priméru . 25 jednotiek/ml Taq polymerázy.

• Termocyklačný profil bol naprogramovaný na 95 ’C počas doby nula sekúnd, 55 ’C počas doby nula sekúnd, 72 ’C počas doby nula sekúnd, ako je ilustrované na obr. 6. Na porovnanie bol podobný termocyklačný profil naprogramovaný do Idaho RapidCycler™. Ako v polymérom pokrytej kapilárnej nádobe 6, tak v RapidCycler⁴·¹¹ bol použitý reakčný objem 50 μΐ.

V tejto súvislosti znamená počas doby nula sekúnd skutočnosť, že akonáhle je dosiahnutá cieíová teplota, program velí na zavedenie nasledujúcej teploty. Presná doba, počas ktorej sa reakcia udržuje na cieľovej teplote je ale trochu závislá na parametroch a vlastnostiach použitého zariadenia. Všeobecne ale bude menšia ako jedna sekunda.

Po 40 cykloch v kapilárnej nádobe bol 50μ1 vzorka PCR produktu z každej reakcie frakcinovaná podľa veľkosti elektroforézou na agaróze v 2% géli v lxTAE pufru. DNA bola zviditeľnená zafarbením pomocou bromidu etídu. Vzorka bola vedená v susedstve vzorky z Idaho RapidCycler™ (25 cyklov) a bol nájdený obdobne správne veľký amplikón.

Claims (27)

1. PATENTOVÉ

   NÁROKY

   λ. x tmi Ζ

   1. Zariadenie na uskutočňovanie reakcií, ktoré obsahuje množstvo reakčných nádob na pojatie reakčných činidiel, elektricky vodivý polymér, ktorý emituje teplo kečŕ ním prechádza elektrický prúd, a riadiace prostriedky na riadenie prívodu prúdu do polyméru, pričom polymér je pripojitelný na elektrický prívod prostredníctvom riadiacich prostriedkov.
2. 2. Zariadenie podlá nároku 1, vyznačujúce sa tým, že na ohrev každej nádoby alebo skupiny nádob môže byť privádzaný rôzny prúd.
3. 3. Zariadenie podlá nároku 2, vyznačujúce sa tý m, že je vybavené riadiacimi prostriedkami na privádzanie prúdu na rôzne teplotné a/alebo časové profily na každú z reakčných nádob.
4. 4. Zariadenie podlá niektorého z nárokov 1 až 3, vyznačujúce sa tým, že každá reakčná nádoba zahŕňa kontajner na reakčné činidlá a ohrievací polymér je v styku s uvedeným kontajnerom.
5. 5. Zariadenie podlá nároku 4 , vyznačujúce sa tým, že ohrievací polymér tvorí puzdro okolo kontajnera.
6. 6. Zariadenie podlá nároku 4 alebo 5,vyznačujúce sa tým, že ohrievací polymér je vo forme fólie.

   Ί. Zariadenie podlá nároku 5 alebo 6 ,vyznačujúce sa tým, že puzdro je integrálne s kontajnerom.
7. 8. Zariadenie podlá niektorého z nárokov 4 až 7 , vyznačujúce sa tým, že ohrievací polymér je perforovaný alebo mriežkovaný.
8. 9. Zariadenie podl’a niektorého z nárokov 1 až 3 , vyznačujúce sa tým, že ohrievací polymér tvorí kontajner na reakčné činidlá.
9. 10. Zariadenie podlá niektorého z nárokov 1 až 3 , vyznačujúce sa tým, že reakčná nádoba zahŕňa kontajner na reakčné činidlá, pričom uvedeným ohrievacím polymérom je potiahnutý jeden z povrchov kontajnera.
10. 11. Zariadenie podlá niektorého z predchádzajúcich nárokov , vyznačujúce sa tým, že každá reakčná nádoba zahŕňa kapilárnu rúrku.
11. 12. Zariadenie a reakčná nádoba podlá niektorého z nárokov 1 až 10 , vyznačujúce sa tým , že reakčná nádoba zahŕňa doštičku.
12. 13. Zariadenie podlá niektorého z nárokov 1 až 10 , vyznačujúce sa tým, že reakčná nádoba zahŕňa čip.
13. 14. Zariadenie podlá niektorého z predchádzajúcich nárokov , vyznačujúce sa tým, že reakčné nádoby sú umiestnené v poli.
14. 15. Zariadenie podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov , vyznačujúce sa tým, že riadiace prostriedky sú umiestnené na privádzanie elektrického prúdu na uskutočňovanie reakcií vyžadujúcich viac teplotných stupňov v reakčných nádobách.
15. 16. Zariadenie podľa nároku 15, vyznačujúce sa tým, že riadiace prostriedky sú naprogramované na automatické uskutočňovanie viacnásobných cyklov reakcie.
16. 17. Zariadenie podľa nároku 15 alebo 16 , vyznačujúce sa tým, že riadiace prostriedky sú umiestnené na privádzanie prúdu podľa napred stanoveného časového/teplotného profilu.
17. 18. Zariadenie podľa niektorého z nárokov 15 až 17 , upravené na procesy polymerázových reťazových reakcií.
18. 19. Zariadenie podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov zahŕňajúce ďalej prostriedky na detekciu signálu zo vzorky v reakčnej nádobe.
19. 20. Spôsob uskutočňovania chemickej alebo biochemickej reakcie, ktorá vyžaduje viac teplotných stupňov, zahŕňajúci umiestnenie reakčných činidiel potrebných na uvedenú reakciu do reakčnej nádoby, ktorá zahŕňa elektricky vodivý polymér, ktorý emituje teplo keď ním prechádza elektrický prúd, privádzanie prúdu do uvedeného polyméru na ohriatie reakčných činidiel na prvú požadovanú teplotu, a následné nastavenie prúdu na vytvorenie následných teplotných stupňov potrebných na reakciu.
20. 21. Spôsob podľa nároku 20, vyznačujúci sa tým, že reakcia je amplifikácia DNA.
21. 22. Spôsob podľa nároku 21, vyznačujúci sa tým, že amplifikácia je polymerázová raťazová reakcia (PCR).
22. 23. Spôsob podľa niektorého z nárokov 19 až 22 , v y- _t značujúci sa tým, že sa reakčné činidlá umiestnia do reakčných nádob a ohrievajú sa zároveň.
23. 24. Spôsob podľa nároku 23, vyznačujúci sa tým, že reakčná nádoba sa ohrieva individuálne na teplotu potrebnú na reakciu prebiehajúcu v tejto nádobe.
24. 25. Reakčná nádoba zahŕňajúca doštičku alebo čip a elektricky vodivý polymér, ktorý emituje teplo keď ním prechádza elektrický prúd, pričom uvedený polymér je umiestnený na ohrev reakčných činidiel na uvedenej doštičke alebo čipe.

    *
25. 26. Reakčná nádoba podľa nároku 25, vyznačujúca sa tým, že uvedený polymér je integrálny i s doštičkou alebo čipom.
26. 27. Zariadenie na reakcie vyžadujúce veľa teplotných stupňov, podľa nároku 1 a v podstate ako je tu opísané s odkazom na pripojené výkresy.
27. 28. Reakčná nádoba zahŕňajúca kontajner a elektricky vodivý polymér, upravený na použitie v zariadení podľa niektorého z nárokov 1 až 19.