利用温度敏感聚合物合成体的核酸扩增盘装置及利用其的分析方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种利用温度敏感聚合物合成体（polymercomposite)的核酸扩增盘装置及利用其的分析方法。更详细地，本发明涉及一种核酸扩增盘装置及利用其的分析方法，所述核酸扩增盘装置包括：核酸扩增盘，其用于扩增核酸杂交分析装置或免疫学检验装置中所需的DNA或RNA，并具有批量配置（省營砷刿）的核酸扩增工序；驱动控制部，其用于控制所述核酸扩增盘。【
背景技术：
】[0002]至今为止，用于探测流体内少量核酸的大部分临床诊断分析装置由专家依次实施一连串的工序而完成。所述工序包括：用于粉碎待测试样细胞的细胞粉碎（cell-lysis)工序；从粉碎的细胞中提取DNA样品或RNA样品的工序；通过逆转录（ReverseTranscription，R-T)从RNA中准备DNA样品的工序；利用聚合酶（polymerase)、对硫磷（dNTP)及引物（primer)等各种酶（enzyme)来对革ElDNA(模板（template)或者目标(target)DNA)核酸进行扩增的工序；以及对聚合酶联反应（polymerchainreaction，PCR)的产物（product)进行定量计量的检测（detection)工序等。[0003]然而，这种核酸扩增分析仪价钱昂贵，并且由于复杂的实验程序，因此只有精通实验的实验者才能操作，并且只有中央集中实验室和医院才能购买它们进行实验。因此，为了克服这种问题，人们迫切需要一种价格低廉，并且任何人都能够容易操作的全部过程自动化的核酸扩增装置。[0004]最近，通过将大量的生物及化学工序集中设计到光盘（CompactDisc)形态的盘内，从而改善了效率及经济性，这种光盘装置的优选例有美国专利"Devicesandmethodsforusingcentripetalaccelerationtodrivefulidmovementonamicrofluideicssystem"（US6,063,589),Methodsanddevicesforremovaloforganicmoleculesfrombiologicalmixtureusingananionexchangematerialthatincludesapolyoxyalkylene"（US2004/0209258Al);"Biologicalsampleprocessingmethodsandcompositionsthatincludesurfactants"（US6,617,136B2),Enhancedsampleprocessingdevices，systemsandmethods"(US6,734,401B2)Apparatusandmethodforcontinuouscentrifugalbloodcellseparation"（US5,186,844)及"Modifiedsiphonsforimprovingmeteringprecision"（US6,752,961)〇[0005]采用这种形态的盘的实验分析装置具有以下优点。通过在盘内集成化各种用于实施生物及化学工序的腔室（chamber)，并利用盘的旋转而产生的离心力，从而在使用低价且少量的样品和试剂的情况下，就能够自动准确地实施各种分析。[0006]然而，为了核酸扩增，必需对DNA进行加热（heating)，但是由于所述盘的旋转，因此一直认为测定并控制旋转中的盘腔室内的DNA试样的温度是不可能的技术。因此，在以往的基于盘的分析装置中，利用盘周边的温度来间接地计量盘内部的温度，其结果为，存在对于盘内温度计量的准确度大幅降低的致命性问题。[0007]本发明提供一种利用温度敏感聚合物合成体的核酸扩增盘装置及利用其的分析方法，其将所述核酸扩增中所需的全部工序和温度敏感聚合物合成体一同集成到光盘(CompactDisc)形状的基板上，从而可以直接计量盘腔室内的DNA试样的温度。【
发明内容】[0008]要解决的技术问题[0009]本发明是为了解决前述的现有技术的问题而提出的。本发明的目的在于，提供一种利用温度敏感聚合物合成体的核酸扩增盘装置及利用其的分析方法，其中，通过将温度敏感聚合物合成体集成到盘腔室内，从而直接测定腔室内DNA试样的温度，并将该温度反馈（feedback)给温度调节装置，以对腔室内的温度进行控制，从而自动实施核酸扩增的全部工序。具体地，为了扩增血液、病毒、生物物质或细菌等包含于待测试样内的DNA或RNA，从准备工序到核酸扩增产物（product)的实时计量，均利用集成有核酸扩增的全部工序的温度敏感聚合物合成体。[0010]技术方案[0011]本发明中，为了控制DNA加热，利用温度敏感聚合物合成体来测定DNA试样的温度。[0012]以下，本发明中的试样是获自全血、血浆、血清、粪便、小便、食物及细菌等待测试样的血清、血浆或从这些待测试样中去除了残渣的液体的统称。[0013]以下，本发明中所述核酸扩增盘与"盘"混合使用。[0014]根据本发明的利用温度敏感聚合物合成体的核酸扩增盘装置包括：核酸扩增盘及驱动控制部，所述驱动控制部由马达、温度调节装置以及光学温度传感器构成。所述马达用于旋转所述核酸扩增盘；所述温度调节装置用于调节所述核酸扩增盘的腔室温度；以及所述光学温度传感器用于测定核酸扩增盘的腔室温度。并且，所述核酸扩增盘包括：待测试样注入口，其用于注入待测试样；离心分离腔室，其用于存储所述待测试样的同时，通过离心分离从全血(wholeblood)中分离血浆（或者血清）或从待测试样中去除残渣，从而得到试样；残渣腔室（remnantchamber)，其用于存储所述残渣；洗涤腔室，其用于存储洗涤缓冲液（washingbuffer);准备（Preparation)腔室，其用于粉碎（lysis)所述试样内的细胞，并通过所述洗涤溶液去除残渣，分离精制的核酸（DNA、RNA)，或用于通过逆转录从RNA中准备DNA样品；核酸扩增腔室，其存储有核酸扩增中所需的酶及缓冲溶液，并用于进行核酸扩增（DNAamplification);以及流道，其连接所述腔室，以提供流体能够流通的通道。[0015]根据本发明，所述离心分离腔室优选被亲水性涂覆。[0016]所述离心分离腔室的亲水性涂覆帮助通过所述待测试样注入口的亲水性待测试样的注入顺利进行。通常，待测试样为亲水性。[0017]所述核酸扩增盘，其特征为，进一步具有计量（metering)腔室，所述计量腔室将定量的试样供应到准备腔室。[0018]所述核酸扩增盘，其特征为，进一步具有试样移动通道，其用于使试样根据亲水性流体的移动而进行移动。[0019]所述核酸扩增盘，其特征为，在所述离心分离腔室和试样移动通道之间进一步具有试样阻留通道，所述试样阻留通道用于在离心分离期间使试样原封不动地阻留在离心分离腔室内。[0020]由于所述试样移动通道的表面用亲水性处理，因此，在所述盘旋转时，因阻留通道而阻留于所述试样腔室内的试样，在盘停止时，可以通过亲水性流体的移动而移动到试样移动通道。[0021]所述核酸扩增腔室优选存储缓冲溶液，所述缓冲溶液包括聚合酶、包括dNTP在内的引物等各种酶。[0022]所述准备腔室优选包括粉碎缓冲液（lysisbuffer)及磁珠（magneticbead)。所述粉碎缓冲器用于粉碎细胞；所述磁珠通过亲和力（affinity)与从粉碎的细胞中暴露的DNA结合。在这种情况下，所述核酸扩增盘优选进一步具有提取缓冲腔室，所述提取缓冲腔室用于存储再悬浮缓冲液（resuspensionbuffer)或提取缓冲液（Elutionbuffer)。[0023]利用所述洗涤缓冲液依次对所述磁珠进行洗涤，从准备腔室中去除杂质，最终使所述再悬浮缓冲液乃至提取缓冲液流入到准备腔室中，以实施提取过程，从而获得纯精制的DNA。所述精制的DNA移动到核酸扩增腔室，从而实施核酸扩增工序。所述核酸扩增盘，其特征为，进一步具有DNA移动通道和DNA移动控制阀门。[0024]本发明的另一方面，在准备腔室中，可以将所述磁珠替换为通过亲和力与从细胞中暴露的DNA结合的娃珠（silicabead)。此时，所述准备腔室在包括娃珠的同时，可以进一步包括磁球（magneticball)。[0025]在利用洗涤缓冲液洗涤所述硅珠的期间，通过外部永久磁铁的磁力来摇动(stirring)所述磁球，从而在有效去除准备腔室中的杂质的同时，诱导DNA和娃珠的有效结合，并最终使所述再悬浮缓冲液乃至提取缓冲液流入准备腔室中而实施提取（Elution)过程，从而得到纯精制的DNA。所述精制的DNA移动到核酸扩增腔室，从而实施核酸扩增工序。[0026]所述硅珠及磁球的直径大小优选为不能通过所述DNA移动通道。[0027]所述核酸扩增腔室优选采用温度敏感聚合物合成体进行薄膜涂覆。[0028]本发明的另一方面，其特征为，核酸扩增腔室存储缓冲溶液，所述缓冲溶液包含dNTP在内的引物等各种酶。所述核酸扩增盘，其特征为，具有用于存储聚合酶而另设的聚合酶腔室。[0029]所述驱动控制部，其特征为，包括：转盘（turntable)，用于将所述核酸扩增盘放在其上；马达，其用于旋转所述转盘上的核酸扩增盘；荧光传感器，其用于定量分析所述核酸扩增产物（product);温度调节装置，其用于加热或冷却所述核酸扩增盘装置；托盘(tray)，其用于允许核酸扩增盘的输入/输出；至少一个以上的大气温度传感器，其用于计量周围大气温度；以及光学温度传感器，其用于测定所述核酸扩增腔室内部的温度，并且还包括用于包裹所述驱动控制部的外壳。所述盘的直径优选为120mm、80mm、60mm或32mm的圆形盘，厚度优选为I.2mm~10_。[0030]所述荧光传感器被光源激发后，感知从核酸扩增腔室内的荧光物质放射的荧光。[0031]所述温度调节装置优选包括发热装置和冷却装置。[0032].所述流体移动可以通过由所述盘的旋转而发生离心力所致的流体移动；根据亲水性通道的亲水性流体移动；或者根据流道的毛细管现象的流体移动来实现。[0033]所述盘在注射成型工序过程中，在盘表面上可形成能够使流体流动的流道及能够存储液体的腔室（chamber)。[0034]所述外壳，其特征为，进一步具有：显示部，其用于显示所述核酸扩增的进行过程；以及按钮输入部，其用于调节运转开/关乃至核酸扩增时间及循环次数。[0035]存储于所述核酸扩增腔室内的液体的温度测定，优选利用光学温度传感器进行测定。[0036]对于本发明，所述核酸扩增装置，其特征为，通过加热或冷却所述外壳内部的大气来间接控制所述核酸扩增腔室的温度。[0037]本发明的另一方面，其特征为，用温度调节装置直接控制所述核酸扩增腔室。[0038]所述温度调节装置，优选使用选自可以进行加热和冷却的珀尔帖元件（peltierdevice)、压缩机（compressor)和散热器（radiator)的组合、加热线圈（heatingcoil)和换气扇、超声波加热装置、根据发光灯或激光的光照射加热装置的组合中的一种以上，以直接或间接的方法加热和冷却所述核酸扩增腔室的温度。[0039]所述核酸扩增腔室优选为进一步具有黑色薄膜，从而被所述光照射（lightillumination)加热装置加热。黑色薄膜吸收热，从而被光照射加热装置加热，从而间接加热核酸扩增腔室内的液体。[0040]所述黑色薄膜优选为不会被光照射装置所熔化的耐热性薄膜乃至具有被黑色油漆涂覆的黑色涂覆面的金属薄膜。[0041]所述耐热性薄膜优选为芳纶（aramid)薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PolyethyleneTerephthalate，PET)薄膜或聚酰亚胺薄膜（polyimidefilm)。[0042].本发明的另一方面，核酸扩增腔室优选进一步具有被黑色油漆涂覆的黑色涂覆面，从而被所述光照射加热装置加热。黑色油漆吸收热，并被光照射加热装置加热，从而间接加热核酸扩增腔室内的液体。[0043]所述黑色油漆优选为不会被光照射加热装置熔化的耐热性油漆。[0044]所述光照射加热装置优选为包括近红外线灯和高亮度发光二极管（LED)的发热灯或激光束发生装置。[0045]所述近红外线灯优选为20瓦至100瓦级别的灯。[0046]所述温度调节装置，其特征为，进一步包括可以强制循环空气的循环扇。[0047]使用所述加热线圈和换气扇时，在加热线圈上安装循环扇，并加热所述外壳内部的空气，并利用换气扇，引入外部的凉空气，从而进行冷却。[0048]所述温度调节装置，其特征为，进一步具备通风调节板（fanshutter)，从而在加热所述外壳内部的期间处于关闭状态，并且只在冷却期间选择性开放，从而可以转换与外部的断热和换气。[0049]本发明的另一方面，所述加热线圈优选安装在所述托盘上。[0050]本发明的另一方面，所述核酸扩增腔室内的液体物质的冷却（cooling)优选通过盘的旋转来调节。在盘旋转期间，腔室表面上的热释放速度增加，从而加快冷却。[0051]本发明的另一方面，所述核酸扩增腔室优选在所述核酸扩增腔室的入口及出口安装相变材料门（PCMdoor)，以对核酸扩增腔室内的液体物质加热时，液体随着温度变高，其蒸发作用变得活跃，从而防止液体移动到所述核酸扩增腔室的相邻当前第1页1 2 3 4 5 6