Устройство и способ управления температурой реакционной смеси

Устройство и способ управления температурой реакционной смеси

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройствам и способам управления температурой реакционной смеси и в частности к устройствам циклической термообработки для амплификации нуклеиновых кислот. Однако необходимо понимать, что изобретение не ограничивается только вышеуказанной областью применения.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ссылки в настоящем описании на какие-либо предшествующие публикации, или на информацию, которая является производной от таких публикаций, или на любые известные источники не являются и не должны восприниматься как подтверждение, или как признание, или как какая-либо форма указания на то, что такие публикации, такая информация или такие источники формируют часть общих знаний в области, к которой относится настоящее изобретение.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) представляет собой технологию, включающую повторяющиеся циклы, которые обеспечивают экспоненциальное увеличение количества некоторых полинуклеотидных последовательностей всякий раз, когда выполняется один из таких циклов. Технология ПЦР широко известна и описана во многих публикациях, включая "ПЦР: практические подходы", М.J.McPherson и др., IRL Press (1991), "Протоколы ПЦР: руководство по методикам и применениям", Innis и др.. Academic Press (1990), а также "Технология ПЦР: принципы и применения для амплификации ДНК", Н.A.Eriich, Stockton Press (1989). Технология ПЦР также описана во многих патентах США, включая 4,683,195; 4,683,202; 4,800,159; 4,965,188; 4,889,818; 5,075,216; 5,079,352; 5,104,792; 5,023,171; 5,091,310 и 5,066,584.

Технология ПЦР обычно включает стадию денатурирования полинуклеотида, после которой выполняют стадию отжига (ренатурирования) по меньшей мере двух олигонуклеотидов (праймеров) до денатурированного полинуклеотида, а именно, гибридизацию первичного материала до денатурированной полинуклеотидной матрицы. После стадии ренатурирования фермент с полимеразной активностью катализирует синтез новой полинуклеотидной цепи, которая включает олигонуклеотид (праймер) и использует исходный денатурированный полинуклеотид в качестве матрицы синтеза. Эти стадии, денатурирование, ренатурирование праймеров и достройка (элонгация) праймера, составляют цикл ПЦР.

По мере повторения циклов количество вновь синтезированного полинуклеотида увеличивается по экспоненте, поскольку вновь синтезированные полинуклеотиды из предыдущего цикла могут выступать в роли матриц для синтеза в последующих циклах. Первичные олигонуклеотиды обычно выбирают парами, которые могут ренатурировать в противолежащие цепи заданной двухцепочечной полинуклеотидной последовательности, так что область между двумя ренатурирующими участками увеличивается.

Денатурация ДНК обычно происходит при температуре порядка 90-95°, ренатурация праймера в денатурированную ДНК обычно осуществляется при температурах 40-60°С, и элонгация ренатурированных праймеров с полимеразой обычно осуществляется при температуре 70-75°С. Поэтому в цикле ПЦР температура реакционной смеси должна изменяться много раз в процессе выполнения циклической ПЦР.

Технология ПЦР находит самое широкое распространение во многих биологических применениях, включая, например, анализ последовательностей ДНК, клонирование последовательностей нуклеиновых кислот, сайт-направленный мутагенез, обнаружение генетических мутаций, диагноз вирусных инфекций, молекулярные "отпечатки пальцев" и контроль загрязняющих микроорганизмов в биологических жидкостях и других источниках.

Кроме ПЦР известны и используются также и другие процессы амплификации in vitro, в том числе лигазная цепная реакция, описанная, например, в патенте US 4,988,617, выданном Landegren и Hood. Следует отметить, что несколько важных процессов, известных в биотехнологии, такие как гибридизация нуклеиновых кислот и секвенирование, осуществляются в условиях управляемого изменения температуры растворов, содержащих молекулы образцов. Традиционные технологии основываются на использовании отдельных колодцев или труб, проходящих через зоны с разными температурами. Например, в технике известны различные устройства циклической термообработки, используемые в амплификации и секвенировании ДНК, в которых реакционная смесь удерживается в блоке с регулируемой температурой, которая изменяется во времени. Достоинством таких устройств является возможность одновременной обработки сравнительно большого числа образцов, например, широко используются планшеты с 96 лунками. Однако для таких устройств характерны различные недостатки, например, их циклы изменения температуры достаточно длительны, они потребляют довольно много энергии, регулирование температуры далеко от идеального и определение реакционной смеси in situ затруднительно.

Для устранения указанных недостатков были разработаны различные устройства циклической термообработки, в которых контейнеры с реакционными смесями удерживаются во вращающемся карусельном магазине, установленном внутри камеры, в которой обеспечивается нагрев и охлаждение. Одно из таких устройств описано, например, в патенте US 7,081,226, выданном Wittwer и др. Однако такие устройства также имеют различные недостатки. Например, регулирование температуры реакционных смесей далеко от идеального, управление скоростью нагрева и охлаждения реакционных смесей также не идеально, и такие устройства имеют сравнительно невысокий КПД.

Таким образом, имеется потребность в устройствах циклической термообработки для ПЦР, в которых обеспечивается улучшенное регулирование температуры реакционных смесей, которые имеют достаточно простую конструкцию, могут обеспечивать в режиме реального времени анализ реакции, происходящей в сосудах с образцами, и имеют достаточно высокий КПД.

В настоящем изобретении делается попытка устранить по меньшей мере один из недостатков известных устройств или ослабить их действие или создать полезные альтернативные варианты.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предлагается устройство для управления температурой реакционной смеси, содержащейся внутри реакционного сосуда, которое содержит:

a) источник излучения для воздействия излучением на реакционный сосуд, в результате чего реакционная смесь нагревается;

b) датчик температуры для измерения температуры, являющейся показателем температуры реакционной смеси; и

c) контроллер для управления источником излучения в соответствии с температурой реакционной смеси для ее выборочного нагрева.

В большинстве вариантов осуществления изобретения устройство содержит источник тепла для нагрева камеры, содержащей реакционный сосуд.

В большинстве вариантов контроллер обеспечивает:

a) повышение температуры реакционной смеси по меньшей мере частично с использованием источника излучения; и

b) поддержание температуры реакционной смеси по меньшей мере частично с использованием источника излучения.

В большинстве вариантов устройство содержит охлаждающее средство для охлаждения реакционной смеси.

В большинстве вариантов охлаждающее средство обеспечивает охлаждение реакционной смеси, находящейся при повышенной температуре.

В большинстве вариантов охлаждающее средство подает внешний воздух в камеру, содержащую реакционный сосуд.

В большинстве вариантов охлаждающее средство подает охлажденную текучую среду в камеру, содержащую реакционный сосуд.

В большинстве вариантов в качестве датчика температуры используется инфракрасный датчик.

В большинстве вариантов в качестве датчика температуры используется оптический датчик для измерения цвета добавки-индикатора в реакционной смеси, чувствительного к температуре.

В большинстве вариантов датчик температуры измеряет температуру реакционной смеси.

В большинстве вариантов датчик измеряет температуру реакционного сосуда, и контроллер обеспечивает определение температуры реакционной смеси с использованием температуры реакционного сосуда.

В большинстве вариантов датчик измеряет температуру камеры, и контроллер обеспечивает определение температуры реакционной смеси с использованием температуры камеры.

В большинстве вариантов источник излучения генерирует инфракрасное излучение.

В большинстве вариантов источник излучения генерирует оптическое излучение.

В большинстве вариантов устройство содержит камеру для размещения в ней используемых реакционных сосудов.

В большинстве вариантов устройство содержит крепежную арматуру для установки реакционных сосудов, причем источник излучения и крепежная арматура расположены таким образом, чтобы обеспечивался нагрев одного или нескольких реакционных сосудов.

В большинстве вариантов устройство содержит привод для перемещения крепежной арматуры относительно источника излучения.

В большинстве вариантов контроллер обеспечивает управление приводом для выборочного нагрева реакционной смеси в соответствующих реакционных сосудах.

В большинстве вариантов источник излучения формирует зону нагрева излучением, и контроллер управляет нагревом реакционной смеси путем выборочного воздействия зоной нагрева на реакционный сосуд.

В большинстве вариантов контроллер представляет собой систему обработки информации.

В большинстве вариантов контроллер обеспечивает:

a) повышение температуры реакционной смеси до первой температуры для денатурации полинуклеотидов в реакционной смеси;

b) повышение температуры реакционной смеси до второй температуры для ренатурации (отжига) полинуклеотидов в реакционной смеси; и

c) повышение температуры реакционной смеси до третьей температуры для гибридизации денатурированных полинуклеотидов.

В большинстве вариантов контроллер обеспечивает:

a) определение температуры реакционной смеси с использованием информации, получаемой из датчика температуры; и

b) управление источником излучения в соответствии с полученной температурой реакционной смеси, в результате чего может осуществляться управление этой температурой.

В большинстве вариантов контроллер обеспечивает:

a) управление источником излучения для повышения температуры реакционной смеси до первой температуры;

b) управление источником излучения для поддержания первой температуры реакционной смеси;

c) управление охлаждающим средством для снижения температуры реакционной смеси до второй температуры и поддержания этой второй температуры; и

d) управление источником излучения для повышения температуры реакционной смеси до третьей температуры; и

e) управление источником излучения для поддержания третьей температуры реакционной смеси.

В большинстве вариантов источник излучения предназначен для выборочного формирования заданной зоны нагрева, и устройство содержит канал подачи охлаждающей среды для выборочного формирования заданной зоны охлаждения, причем заданная зона нагрева и заданная зона охлаждения формируются по существу рядом с нагревателем и с каналом подачи охлаждающей среды, соответственно, так что управление температурой реакционной смеси может осуществляться путем выборочного воздействия на реакционный сосуд зоной нагрева и/или зоной охлаждения.

В большинстве вариантов реакционный сосуд по меньшей мере частично пропускает излучение.

В большинстве вариантов длина волны излучения выбирается в соответствии с характеристиками реакционного сосуда и/или характеристиками реакционной смеси.

В настоящем изобретении предлагается способ управления температурой реакционной смеси, содержащейся внутри реакционного сосуда, включающий выполнение контроллером:

a) определения температуры реакционной смеси с использованием информации, получаемой из датчика температуры; и

b) управления источником излучения, предназначенным для воздействия излучением на реакционный сосуд, в результате чего нагревается реакционная смесь; причем источником излучения управляют в соответствии с полученной температурой реакционной смеси, в результате чего может осуществляться управление этой температурой.

В настоящем изобретении предлагается также устройство для управления температурой реакционной смеси, содержащейся внутри реакционного сосуда, которое содержит: i) нагреватель, предназначенный для выборочного формирования заданной зоны нагрева, и канал подачи охлаждающей среды для выборочного формирования заданной зоны охлаждения, причем заданная зона нагрева и заданная зона охлаждения формируются по существу рядом с нагревателем и с каналом подачи охлаждающей среды, соответственно, так что управление температурой реакционной смеси может осуществляться путем выборочного воздействия на реакционный сосуд зоной нагрева и/или зоной охлаждения.

В большинстве вариантов в качестве нагревателя используется один или несколько ИК-излучателей.

В большинстве вариантов канал подачи охлаждающей среды содержит несколько отверстий, расположенных возле нагревателя, и в качестве охлаждающей среды используется внешний воздух.

В большинстве вариантов реакционные сосуды используются в форме упорядоченного множества.

В большинстве вариантов температура реакционной смеси может регулироваться путем выборочного воздействия на реакционный сосуд зоной нагрева или зоной охлаждения в соответствии с заданным температурным профилем.

В большинстве вариантов заданный температурный профиль предназначен для осуществления амплификации нуклеиновых кислот.

В большинстве вариантов зоны нагрева и охлаждения по существу совпадают.

В настоящем изобретении предлагается также способ управления температурой реакционной смеси, содержащейся внутри реакционного сосуда, включающий:

i) обеспечение нагревателя, предназначенного для выборочного формирования заданной зоны нагрева; и

ii) обеспечение канала подачи охлаждающей среды, предназначенного для выборочного формирования заданной зоны охлаждения;

iii) причем заданная зона нагрева и заданная зона охлаждения формируются по существу рядом с нагревателем и с каналом подачи охлаждающей среды, соответственно; и

iv) управление температурой реакционной смеси путем выборочного воздействия на реакционный сосуд зоной нагрева и/или зоной охлаждения.

В настоящем изобретении предлагается также способ управления температурой реакционной смеси, содержащейся внутри реакционного сосуда, включающий:

i) выборочное воздействие на реакционный сосуд заданной зоной нагрева и/или заданной зоной охлаждения, причем заданная зона нагрева и заданная зона охлаждения формируются по существу рядом с нагревателем и с каналом подачи охлаждающей среды, соответственно.

Из нижеприведенного подробного описания будет понятно, что различные формы осуществления изобретения могут использоваться по отдельности или совместно в самых разных применения, включая (без ограничения) амплификацию нуклеиновых кислот.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предпочтительный вариант осуществления изобретения описывается ниже в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:

фигура 1 - блок-схема одного из вариантов устройства управления температурой реакционной смеси;

фигура 2 - блок-схема одного из вариантов алгоритма управления температурой реакционной смеси в устройстве, представленном на фигуре 1;

фигура 3А - схематический вид сбоку второго варианта устройства управления температурой реакционной смеси;

фигура 3В - схематический вид в плане части устройства фигуры 3А;

фигура 4 - блок-схема одного из вариантов контроллера;

фигура 5 - вид в перспективе сверху третьего варианта устройства управления температурой реакционной смеси, на которой показан вращающийся карусельный магазин, на котором установлены сосуды с реакционными смесями, расположенные над ИК-нагревателем и над каналами охлаждения;

фигура 6 - вид в перспективе сверху вращающегося карусельного магазина и ИК-нагревателя, показанных на фигуре 5;

фигура 7 - вид сверху в перспективе одного из вариантов несущего основания с узлом ИК-нагревателя/отражателя и с каналами охлаждения;

фигура 8 - увеличенный вид части фигуры 7, на которой показан бесконтактный датчик температуры, расположенный возле узла ИК-нагревателя/отражателя;

фигура 9 - вид устройства, показанного на фигуре 7, установленного в корпусе;

фигура 10 - вид, аналогичный виду на фигуре 8, на котором также видны сосуды с реакционной смесью;

фигура 11 - вид, аналогичный виду на фигуре 5;

фигура 12 - блок-схема одного из вариантов устройства управления температурой реакционной смеси, на которой показаны компоненты устройства.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В описании даются ссылки на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные номера относятся к одинаковым частям.

Один из вариантов устройства управления температурой реакционной смеси, содержащейся внутри реакционного сосуда, описывается ниже со ссылками на фигуру 1.

В этом варианте устройство 100 содержит камеру 101, содержащую источник 110 излучения, используемого для нагрева реакционного сосуда 121, в котором содержится реакционная смесь 120. Источник излучения может быть любым источником, однако обычно используется инфракрасный нагреватель, генерирующий инфракрасное излучение. Однако в других вариантах могут использоваться лазеры, светоизлучающие диоды или им подобные устройства, генерирующие оптическое или инфракрасное излучение. Излучение может использоваться для нагрева реакционного сосуда, который, в свою очередь, нагревает реакционную смесь.

В других вариантах излучение может нагревать один или несколько компонентов в реакционной смеси непосредственно, например, если реакционные сосуды по меньшей мере частично пропускают излучение. В этой связи понятно, что длина волны излучения может выбираться в соответствии с характеристиками реакционного сосуда и/или характеристиками реакционной смеси. Таким образом, характеристики сосуда, такие как, например, толщина сосуда и используемый материал, а также характеристики реакционной смеси, такие как, например, состав смеси, могут использоваться для выбора длины волны излучения, так чтобы по меньшей мере часть излучения проходила сквозь материал реакционного сосуда и поглощалась реакционной смесью. Однако необходимо понимать, что в других вариантах, наоборот, характеристики реакционного сосуда и/или характеристики реакционной смеси могут выбираться в зависимости от длины волны излучения источника.

Реакционные сосуды могут представлять собой упорядоченное множество, которое приводится в движение механизмом для перемещения сосудов относительно источника излучения, в результате чего может обеспечиваться выборочное и/или периодическое воздействие на них излучения. Такая схема будет содействовать управлению процессом реакции, и при этом может обеспечиваться одновременная обработка нескольких реакционных смесей.

Внутри камеры 101 установлен датчик 130 температуры для измерения температуры, являющейся показателем температуры реакционной смеси. Измерение температуры может осуществляться любым подходящим способом, в том числе с использованием инфракрасного датчика, такого как термоэлектрический преобразователь. В других вариантах реакционная смесь может содержать индикатор, такой как, например, сигнальная цветная добавка, цвет которой меняется в зависимости от температуры, и в этом случае температура реакционной смеси может быть измерена оптическим датчиком. В то время как температура реакционной смеси может быть измерена непосредственно, существуют и другие варианты измерения температуры реакционного сосуда 121. Может быть также измерена температура воздуха внутри камеры 101, и по ней может быть определена, с использованием некоторого алгоритма, температура реакционной смеси.

С датчиком 130 температуры и с источником 110 излучения соединен контроллер 140. При работе устройства контроллер 140 определяет температуру реакционной смеси, используя информацию, получаемую от датчика 130 температуры. Контроллер 140 осуществляет управление источником 110 излучения в соответствии с полученной температурой реакционной смеси, в результате чего может осуществляться управление этой температурой. Таким образом, контроллер 140 может управлять циклической термообработкой реакционной смеси, например, для осуществления процесса амплификации нуклеиновых кислот, такого как ПЦР.

Таким образом, контроллер 140 контролирует информацию, получаемую из датчика 130 температуры, и управляет источником 110 излучения. Соответственно, могут использоваться любые подходящие типы контроллеров, такие как системы обработки информации, запрограммированные соответствующим образом, программируемые вентильные матрицы или им подобные устройства.

В одном из вариантов для нагрева камеры 101 может использоваться дополнительный источник тепла, такой как, например, конвекционный нагреватель 150, который содействует повышению и/или поддержанию температуры реакционной смеси. Обычно работой конвекционного нагревателя 150 управляет контроллер 140 в соответствии с температурой реакционной смеси или с температурой камеры 101.

В одном из вариантов также может обеспечиваться охлаждение с помощью охлаждающего устройства 160. Для этого может использоваться внешний воздух, и при этом в зависимости от варианта осуществления изобретения может непосредственно охлаждаться реакционный сосуд или камера 101. Работой охлаждающего устройства обычно управляет контроллер 140 в соответствии с температурой реакционной смеси или температурой в камере для увеличения скорости охлаждения, выполняемого в процессе управления температурой.

В одном из вариантов использование источника излучения для непосредственного воздействия на реакционные сосуды для их нагрева или непосредственного нагрева реакционной смеси позволяет исключить необходимость нагрева всей камеры 101. В этом случае уменьшается время, необходимое для нагрева реакционной смеси, в результате чего снижается время цикла термообработки и, соответственно, время на осуществление ПЦР или других процессов амплификации. В этом случае также уменьшается количество энергии, необходимое для достижения температур реакционной смеси, используемых при осуществлении таких процессов, и, соответственно, снижается энергопотребление устройства.

В некоторых вариантах для нагрева камеры 101 может использоваться дополнительный источник тепла, такой как, например, конвекционный нагреватель 150, который содействует обеспечению температурной стабильности реакционной смеси. При этом может быть снижено время достижения требуемой температуры реакционной смеси, и в то же время повышается температурная стабильность реакционной смеси.

Использование охлаждающего устройства 160 также может содействовать дополнительному сокращению цикла термообработки.

В одном из вариантов может также непосредственно измеряться температура реакционного сосуда или непосредственно реакционной смеси. В этом случае повышается точность измерения температуры реакционной смеси по сравнению с тем, когда измеряется температура воздуха в камере. В результате повышается точность управления температурой реакционной смеси, что, в свою очередь, помогает достичь максимума эффективности процесса амплификации, и в то же время позволяет отказаться от необходимости использования затратных вычислительных алгоритмов для получения температуры реакционной смеси по температуре воздуха в камере.

Пример управления циклом термообработки рассматривается ниже со ссылками на фигуру 2.

В этом примере на стадии 200 контроллер 140 включает источник 110 излучения и контролирует температуру реакционной смеси, используя датчик 130 температуры. На стадии 210 определяется достижение первой температуры реакционной смеси, которая обычно находится в диапазоне от 90°С до 95°С, и если такая температура не достигнута, то нагрев продолжается (стадия 200).

Как только достигается первая температура, контроллер 140 управляет процессом нагрева таким образом, чтобы поддерживать реакционную смесь при первой температуре в течение требуемого первого интервала времени, например, в течение 20-30 сек, для обеспечения денатурации ДНК (стадия 220). Необходимо отметить, что для первого цикла горячего пуска ПЦР-реакций могут использоваться более продолжительные интервалы времени, порядка 1-9 минут. Интервал времени может быть запрограммирован в зависимости от осуществляемой ПЦР-реакций или же может быть определен оптическим датчиком, реагирующим на индикатор реакционной смеси.

Требуемая температура реакционной смеси может поддерживаться с использованием любых подходящих технических средств. Так, в одном из вариантов контроллер 140 может регулировать количество излучения, генерируемое источником 110. Дополнительно может использоваться источник 150 тепла, такой как, например, конвекционный нагреватель.

После завершения процесса денатурации температуру реакционной смеси понижают до второй температуры, которая обычно находится в диапазоне от 40°С до 60°С. Процесс охлаждения обычно заключается в том, что контроллер 140 выключает источник 110 излучения и/или конвекционный нагреватель 150 (стадия 230), в результате чего реакционная смесь начинает охлаждаться, и контроллер 140 контролирует температуру реакционной смеси с помощью датчика 130 температуры. Для ускорения процесса охлаждения может также использоваться охлаждающее устройство 160. На стадии 240 определяется достижения второй температуры реакционной смеси, и если вторая температура не достигнута, то процесс охлаждения продолжается (стадия 230).

Как только достигается вторая температура (стадия 250), контроллер 140 управляет источником 110 излучения таким образом, чтобы поддерживать реакционную смесь при второй температуре в течение требуемого второго интервала времени, например, в течение 20-40 сек, для обеспечения ренатурации ДНК до праймера. Аналогично, температура реакционной смеси может поддерживаться на требуемом уровне с помощью любых подходящих технических средств, и интервал времени может быть запрограммирован или же может определяться по определенным признакам.

После этого реакционную смесь нагревают до третьей температуры, причем контроллер 140 включает для этого источник 110 излучения и контролирует температуру реакционной смеси с помощью датчика 130 температуры (стадия 260). На стадии 270 определяется достижение третьей температуры реакционной смеси, которая обычно находится в диапазоне от 70°С до 75°С, и если такая температура не достигнута, то нагрев продолжается (стадия 260). После достижения третьей температуры (стадия 280) контроллер 140 поддерживает эту температуру реакционной смеси в течение третьего интервала времени, в котором выполняется элонгация ДНК. Третий интервал времени зависит от некоторых факторов, таких как, например, используемая полимераза ДНК, и снова может быть запрограммирован или определен на основе некоторых признаков.

Выше было описан пример отдельного цикла, и на практике для осуществления ПЦР или другого процесса амплификации используется некоторое количество циклов, а также заключительные стадии выдерживания.

Ниже описывается один из вариантов устройства управления температурой реакции со ссылками на фигуру 3.

В этом варианте устройство 300 содержит корпус 310 и крышку 312, которые формируют камеру 311. Камера 311 содержит крепежную арматуру 320 для установки карусельного магазина 321. Карусельный магазин 321 содержит множество гнезд 322 для установки в них реакционных сосудов 323, содержащих реакционную смесь.

Крепежная арматура 320 соединена с валом 330, который установлен на опоре 331 с возможностью вращения. С валом 331 соединены приводной двигатель 332, например, с помощью приводного ремня 324, в результате чего обеспечивается вращение карусельного магазина 321 внутри камеры 311. В камере 311 имеется стенка 313, которая отделяет приводной двигатель 332 и опору 331 от карусельного магазина 321. Стенка 313 имеет отверстие с сеткой 314, через которую может проходить поток воздуха.

Камера 311 содержит источник излучения в форме ИК-нагревателя 340, который обычно устанавливается на стенке 313. В одном из вариантов нагреватель 340 содержит лоток 341 и проводник 342. При работе устройства ток, проходящий по проводнику 342, нагревает этот проводник, в результате чего возникает инфракрасное излучение, которое излучается поверхностью проводника 342. Лоток 341 отражает излучение, так что оно направляется на реакционные сосуды 323.

В этом варианте на стенке 313 установлен оптический датчик 350 для определения состояния реакции по цветовому индикатору реакционной смеси. Оптический датчика 350 может содержать источник освещения, такой как лазер, и соответствующий оптический чувствительный элемент для измерения отраженного света.

Как показано на фигуре 3 В, из-за установленного оптического датчика в одном из вариантов ИК-нагреватель 340 может проходить только по части периметра карусельного магазина 321, оставляя разрыв для обеспечения линии прямой видимости между оптическим датчиком 350 и реакционными сосудами 323. Однако указанный признак не является существенным, и может использоваться другое положение оптического датчика 350, как указано ссылочным номером 360, так что нагреватель 340 может проходить по всему периметру карусельного магазина 321.

Если нагреватель 340 проходит только по части периметра карусельного магазина 321, это дает некоторые преимущества. Например, в этом случае осуществляется нагрев только часть периметра карусельного магазина 321, что позволяет нагревать реакционные сосуды только при частичном повороте магазина 321, в результате чего может улучшаться температурная стабильность. Однако в других вариантах более однородный нагрев может быть получен при использовании нагревателя, который проходит по всему периметру карусельного магазина 321.

В одном из вариантов оптический датчик 350 действует в качестве датчика температуры путем определения цвета добавки-индикатора, чувствительного к температуре реакционной смеси. В одном из вариантов индикатор, чувствительный к температуре, может быть введен в реакционный сосуд, например, путем использования чувствительного к температуре материала в реакционной смеси или введения его в материал реакционного сосуда. Необходимо иметь в виду, что использование оптического датчика для измерения температуры реакционной смеси или реакционного сосуда исключает необходимость в использовании дополнительного датчика. Это упрощает конструкцию и стоимость всего устройства.

В другом варианте может использоваться дополнительный датчик температуры, как показано ссылочным номером 360. Он может быть ИК-датчиком, который устанавливается для измерения температуры реакционной смеси или реакционного сосуда, и при этом не реагирует на излучение ИК-нагревателя 340.

В другом варианте может использоваться соответствующий датчик (не показан), который измеряет температуру воздуха в камере. Однако такое измерение температуры не обладает такой чувствительностью и точностью, как непосредственное измерение температуры реакционного сосуда или реакционной смеси, что может снизить эффективность управления температурой.

Камера 311 снабжена вентилятором 371 для обеспечения циркуляции внешнего воздуха в камере 311. В одном из вариантов может использоваться также источник 372 тепла для нагрева внешнего воздуха перед его подачей в камеру 311, в результате чего будет обеспечиваться конвекционный нагрев реакционной камеры.

Необходимо отметить, что устройство также обычно включает контроллер, один из вариантов которого будет описан ниже со ссылками на фигуру 4.

В этом примере контроллер 400 содержит процессор 410, запоминающее устройство 411, устройство 412 ввода/ввода (клавиатура и дисплей) и интерфейс 413, соединенные друг с другом по шине 414. Интерфейс 413 может использоваться для соединения контроллера 400 с такими устройствами, как нагреватель 340, приводной двигатель 332, датчики 350 и 360, вентилятор 371 и источник 372 тепла. Интерфейс также может содержать внешний интерфейс, используемый для обеспечения соединения с внешними периферийными устройствами, такими как сканер штриховых кодов, компьютерная система и иными подобными устройствами. Соответственно, необходимо понимать, что в качестве контроллера 400 может использоваться любая подходящая система обработки информации, программируемая вентильная матрица или иные подобные устройства.

При работе процессор 410 обычно выполняет команды, например, команды программного обеспечения, записанного в запоминающем устройстве 411, которое определяет процесс циклической термообработки, подлежащий осуществлению. Это может быть выполнено путем обращения к заданным профилям термообработки, записанным в запоминающем устройстве 411, и/или путем исполнения команд, вводимых с помощью устройства ввода.

Затем процессор 410 формирует управляющие сигналы для управления работой нагревателя 340, приводного двигателя 332 и дополнительно вентилятора 371 или источника 372 тепла для запуска процесса циклической термообработки. При осуществлении этого процесса процессор 410 получает сигналы от одного или нескольких датчиков 350, 360 и использует их для определения температуры реакционной смеси, причем для интерпретации этих сигналов используется информация, записанная в запоминающем устройстве 411. Процессор 410 может также определить состояние реакции, например, используя сигналы, получаемые от оптического датчика 350.

Процессор 410 использует температуру реакционной смеси и дополнительно информацию о состоянии реакции в качестве информации обратной связи для управления работой нагревателя 340, приводного двигателя 332 и дополнительно вентилятора 371 или источника тепла 372, в результате чего осуществляется процесс циклической термообработки в основном так, как это было описано со ссылками на фигуру 2.

Другой вариант устройства описывается ниже со ссылками на фигуры 5-12, на которых иллюстрируется конструкция устройства 1, в котором обеспечивается управление температурой реакционной смеси для амплификации нуклеиновых кислот.

Вращающийся магазин 2 обеспечивает опору для реакционных сосудов 3, содержащих реакционные смеси (не показаны). Реакционные сосуды 3 предпочтительно выполнены из пластмассы и обеспечивают сравнительно быстрое выравнивание температуры и измерение характеристик реакционной смеси. Реакционные сосуды 3 могут содержать любую реакционную смесь, однако в предполагаемых вариантах реакционные смеси используются для амплификации нуклеиновых кислот, и устройство 1 циклической термообработки сконфигурировано соответствующим образом, а именно, процесс циклической термообработки специально предназначен для амплификации нуклеиновых кислот в соответствии с вышеописанным профилем циклической термообработки.

Используется по меньшей мере один нагреватель 4 для подачи тепла к реакционным сосудам 3, и по меньшей мере один канал 5 используется для подачи к реакционным сосудам 3 охлаждающей среды. Нагреватель 4 и канал 5 подачи охлаждающей среды обеспечивают выборочное формирование заданной зоны нагрева и заданной зоны охлаждения, соответственно. Эти зоны формируются по существу рядом с нагревателем 4 и каналом 5 подачи охлаждающей среды, соответственно, так что температура реакционной смеси может регулироваться путем выборочного воздействия на реакционные сосуды 3 зоной нагрева и/или зоной охлаждения. Формируемые "заданные зоны" могут быть определены как сравнительно небольшие или ограниченные области пространства, которые нагреваются/охлаждаются. Поэтому введение реакционных сосудов 3 в эти зоны или их воздействие на реакционные сосуды 3 приводит преимущественно к нагреву/охлаждению реакционных сосудов, а не к нагреву/охлаждению всей камеры (не показана), в которой находится устройство 1.

Устройство 1 способно обеспечивать более быстрые циклы термообработки по сравнению с известными устройствами, в результате чего сокращается время выполнения амплификации. Кроме сокращения циклов термообработки также может быть улучшена степень управления