Устройство для проведения полимеразной цепной реакции с однонаправленным раздвижным средством

Устройство для проведения полимеразной цепной реакции с однонаправленным раздвижным средством

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Объектом данного изобретения является ПЦР-устройство, содержащее термоблок ПЦР, включающий в себя непрерывно и последовательно расположенные нагреватели, и ПЦР-чип, включающий в себя непрерывно и последовательно расположенные реакционные камеры, а также способ выполнения ПЦР с помощью указанного устройства.

Уровень техники

Полимеразная цепная реакция (далее везде "ПЦР") представляет собой технологию, при которой производится последовательное копирование определенного фрагмента матричных нуклеиновых кислот путем многократного нагревания и охлаждения данного определенного фрагмента с целью усиления нуклеиновых кислот, содержащих данный фрагмент в геометрической прогрессии; данная технология широко применялась в генетической инженерии, в различных областях медицины, и т.д., в целях анализа и диагностики. В последнее время для успешного выполнения ПЦР были разработаны различные устройства.

Обычное устройство для проведения ПЦР включает в себя реакционную емкость с пробирками, в которые впрыскивают раствор пробы, содержащий матричные нуклеиновые кислоты; реакционную емкость помещают в общий нагреватель. Для проведения ПЦР реакционную емкость подвергают многократному нагреву и охлаждению (см. фиг. 1 и 2). Такое ПЦР-устройство обладает преимуществом, которое заключается в простоте конструкции, поскольку наличие лишь одного общего нагревателя позволяет увеличить плотность проб просто потому, что в нем можно установить множество образцов. Однако такое ПЦР-устройство имеет ряд недостатков, а именно, ему нужна сложная электросхема для точного регулирования температуры, нужно много проб, поскольку реакционная емкость пробирочного типа имеет большие размеры, и время ПЦР в целом увеличивается за счет многократного нагревания и охлаждения общего нагревателя.

В еще одном типе обычного ПЦР-устройства устанавливают несколько нагревателей, которые имеют разные температуры ПЦР, и ПЦР осуществляется таким образом, что раствор пробы, содержащий нуклеиновые кислоты, протекает по одному и тому же каналу, проходя через нагреватели (см. фиг. 3). Преимущество такого ПЦР-устройства заключается в коротком времени ПЦР, поскольку наличие нескольких нагревателей с различными температурами ПЦР уменьшает необходимость многократного повторного нагрева и охлаждения нагревателей. Однако такое ПЦР-устройство обладает и рядом недостатков, которые заключаются в следующем: несмотря на то, что благодаря применению нескольких нагревателей, электросхема может быть достаточной простой, конструкция в целом может быть довольно сложной, поскольку длинный единый канал должен проходить как через высокотемпературные нагреватели, так и через низкотемпературные нагреватели; трудно загружать множество проб; и требуется отдельный регулятор для регулирования расхода раствора пробы с нуклеиновыми кислотами, проходящего через нагреватели по единому каналу, так что увеличение плотности пробы и устройства является затруднительным.

В последнее время были предложены эффективные способы усовершенствования ПЦР-устройств, а также способы, способные повысить производительность ПЦР-устройств и улучшить распознавание процесса ПЦР в реальном масштабе времени путем обработки многих проб в одном процессе ПЦР с помощью увеличения плотности и пропускной способности посредством сокращения времени ПЦР. Но в данном случае все равно требуется технология точного регулирования и установки температуры установленных в ряд нагревателей, без необходимости повторного нагревания и охлаждения, технология передачи партий проб, таким образом, чтобы ПЦР можно было проводить на пробах одновременно с помощью нагревателей на заданной температуре, и ПЦР-устройства, в которых используется вышеописанная технология, все еще востребованы.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема

Таким образом, настоящее изобретение было сделано в попытке решить вышеуказанные проблемы, имеющие место в известном уровне техники, и целью настоящего изобретения является создание ПЦР-устройства, способного значительно уменьшить продолжительность ПЦР, повысить выход ПЦР и увеличить количество проб, измеряемых и анализируемых в реальном масштабе времени.

Техническое решение

Для достижения вышеуказанных целей настоящим изобретением предлагается ПЦР-устройство, содержащее: термоблоки ПЦР, содержащие два или более нагревателя, последовательно расположенных на верхней поверхности подложки на расстоянии друг от друга; ПЦР-чип пластинчатого типа, содержащий две или более реакционные камеры, последовательно расположенные таким образом, что места их расположения совпадают с местами расположения двух или более нагревателей, расположенных на термоблоках ПЦР при вхождении в контакт с термоблоками ПЦР; и однонаправленное раздвижное средство, перемещающееся посредством скольжения, сохраняя при этом контакт между ПЦР-чипом и термоблоками ПЦР в состоянии, в котором установлен ПЦР-чип, обеспечивающее последовательный термический контакт между двумя или более реакционными камерами, повторно расположенными от одного до другого края ПЦР-чипа, с двумя или более нагревателями, повторно расположенными от одного до другого края термоблока ПЦР.

Согласно одному из возможных вариантов реализации настоящего изобретения, In one вариант реализации изобретения согласно настоящему изобретению, расположенные по соседству друг с другом нагреватели из двух или более нагревателей отличаются друг от друга по температуре.

Два или более нагревателя размещены таким образом, что первая циркуляция ПЦР происходит в нагревателе, расположенном на одной стороне термоблока ПЦР, а финальная циркуляция происходит в нагревателе, расположенном на другой стороне термоблока ПЦР.

Две или более реакционные камеры ПЦР-чипа расположены и размещены на расстоянии друг от друга в направлении скольжения ПЦР-чипа или в вертикальном направлении, перпендикулярном направлению скольжения, или выполнены в виде реакционных камер канального типа, непрерывно проходящих в вертикальном направлении, перпендикулярном направлению скольжения ПЦР-чипа.

Реакционная камера ПЦР-чипа выполнена в виде полости с общим входом/выходом или в виде канала с раздельными входом и выходом.

ПЦР-устройство дополнительно содержит: источник света для подачи света к реакционным камерам ПЦР-чипа; и световой детектор, служащий для восприятия света, излучаемого областью реакции ПЦР.

Источник света или световой детектор повторно расположены в пространствах между соседними нагревателями ПЦР-термостата и перемещаются, повторяя траекторию движения ПЦР-чипа.

ПЦР-чип содержит электрод обнаружения для восприятия электрохимических сигналов, генерируемых соединением амплифицированных нуклеиновых кислот и редокс-индикатора в реакционной камере. ПЦР-устройство дополнительно содержит модуль измерения электрохимических сигналов, электрически соединенный с электродом обнаружения, служащий для измерения электрохимических сигналов, генерируемых внутри реакционной камеры ПЦР-чипа в реальном масштабе времени.

ПЦР-чип содержит: фиксирующий слой, сформированный в одной области внутренней поверхности реакционной камеры и подверженный поверхностной обработке, с датчиком захвата, способным комплементарно соединяться с одной областью амплифицированных целевых нуклеиновых кислот; электрод обнаружения, выполненный в другой области реакционной камеры, для обнаружения электрохимических сигналов; и композиты с металлическими наночастицами и сигнальные датчики, соединенные с металлическими наночастицами, таким образом, чтобы комплементарно соединяться с другой областью амплифицированных целевых нуклеиновых кислот. Кроме того, ПЦР-устройство дополнительно содержит модуль измерения электрохимических сигналов, электрически соединенный с электродом обнаружения, служащий для измерения электрохимических сигналов, генерируемых внутри реакционной камеры реакционного блока ПЦР.

ПЦР-устройство дополнительно содержит блок хранения чипов, в котором находится определенное количество ПЦР-чипов, соединенных с возможностью управления, таким образом, что первый ПЦР-чип последовательно вступает в термический контакт с термоблоками ПЦР, а затем второй ПЦР-чип вступает в термический контакт с термоблоками ПЦР.

Преимущества изобретения/технический результат

Согласно одному из возможных вариантов реализации настоящего изобретения, предлагаемое ПЦР-устройство обеспечивает возможность быстрого и точного проведения ПЦР с помощью термоблока с повторно расположенными на нем нагревателями, предотвращающего распределение в радиальном направлении тепла, генерируемого отдельными нагревателями, и возникающего вследствие этого неоднородного перекрытия температур между соседними нагревателями, чем обеспечивается повышение выхода ПЦР и возможность использования общих средств регулирования температуры, что обеспечивает миниатюризацию и интеграцию устройства. Кроме того, предлагаемое ПЦР-устройство обеспечивает возможность одновременной и быстрой амплификации большого количества проб нуклеиновых кислот с помощью ПЦР-термостата с повторно расположенными нагревателями и реакционного блока ПЦР пластинчатого типа, а также возможность измерения последовательно генерируемых оптических или электрохимических сигналов с целью контроля процесса амплификации нуклеиновых кислот в реальном масштабе времени.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 – вид в плане обычного термоблока ПЦР-устройства, имеющего общий нагреватель и реакционную емкость ПЦР пробирочного типа, установленную на термоблоке ПЦР-устройства, а на фиг. 2 представлен вид в боковом разрезе обычного термоблока ПЦР и обычной реакционной камеры ПЦР.

Фиг. 3 – вид в плане обычного термоблока ПЦР с множеством нагревателей, и реакционной емкости типа единого канала, установленного на термоблоке ПЦР.

Фиг. 4 – термоблок ПЦР 100, включающий в себя по меньшей мере два нагревателя 111 и 121, систематически установленные на верхней поверхности подложки 99 на некотором расстоянии друг от друга, согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.

Фиг. 5 – изображение, демонстрирующее расположение нагревателей в термоблоке ПЦР 100, согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.

Фиг. 6 – изображение, демонстрирующее устройство с ПЦР-чипом 900 и по меньшей мере двумя реакционными камерами 910, установленными внутри ПЦР-чипа, согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.

Фиг. 7 - 9 – изображения, показывающие ПЦР-чипы 900 различных типов, согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.

Фиг. 10 - 12 – изображения, демонстрирующее состояние, в котором ПЦР-чипы 900 различных типов и термоблок ПЦР входят в контакт друг с другом.

Фиг. 13 и 14 – сравнение ПЦР-чипа согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения с обычными реакционными емкостями ПЦР пробирочного типа и с единым каналом.

Фиг. 15 – изображение, демонстрирующее однонаправленное раздвижное средство и принцип проведения ПЦР с помощью данного однонаправленного раздвижного средства согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.

Фиг. 16 - 18 – изображения, демонстрирующие способ проведения ПЦР в реальном масштабе времени в различных ПЦР-устройствах согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.

Фиг. 19 – блок хранения чипов, соединенный с ПЦР-устройством.

Фиг. 20 – фотография электрофореза, демонстрирующая результаты ПЦР-теста на ПЦР-устройстве.

Наилучший вариант реализации изобретения

Ниже приводится описание различных возможных вариантов реализации настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Приведенное ниже описание приводится только в качестве примера, для упрощения понимания принципов изобретения, и рассматриваемые примеры никоим образом не ограничивают объем правовой охраны настоящего изобретения.

Согласно варианту реализации настоящего изобретения, ПЦР (полимеразная цепная реакция) представляет собой тип реакции усиления нуклеиновых кислот, имеющих определенную последовательность. Так, например, для усиления ДНК (дезоксирибонуклеиновых кислот) определенной последовательности, в ПЦР-устройстве проводятся: этап денатурации, при котором раствор пробы ПЦР, содержащий двунитиевые ДНК, как матричные нуклеиновые кислоты, и реагент, нагревается до заданной температуры, например, около 95°C, и двунитиевые ДНК разделяются на однонитиевые ДНК; этап отжига, на котором вводится олигонуклеотидный праймер с последовательностью, являющейся комплементарной относительно усиливаемой последовательности ДНК, и охлаждается до заданной температуры, например, до 55°C, вместе с разделенной однонитиевой ДНК, и праймер затем связывается с определенной последовательностью однонитиевой ДНК, образуя частичную структуру "ДНК-праймер"; и этап экстензии (амплификации), на котором раствор выдерживается при определенной температуре, например, при 72°C, после этапа отжига, в результате чего на базе праймера и частичной структуры "ДНК-праймер" с помощью ДНК-полимеразы образуется двунитиевая ДНК. В данном случае, вышеупомянутые три этапа повторно осуществляются 20-40 раз, чтобы обеспечить экспоненциальную амплификацию ДНК с определенной последовательностью. В некоторых случаях, этапы отжига и экстензии (или амплификации) на ПЦР-устройстве выполняются одновременно, и в таком случае ПЦР-устройство осуществляет два этапа, а именно, этап денатурации и этап отжига и экстензии, таким образом, заканчивая первый цикл. Таким образом ПЦР-термостат и ПЦР-устройство, в состав которого входит данный термостат согласно варианту реализации настоящего изобретения, содержит модули, с помощью которых выполняются вышеупомянутые этапы. Предполагается, что подробно не описываемые здесь модули раскрывались ранее для обычных технологий проведения ПЦР или обеспечиваются здесь в пределах очевидного объема настоящего изобретения.

На фиг. 4 показан термоблок ПЦР 100, включающий в себя по меньшей мере два нагревателя 111 и 121, последовательно установленные на верхней поверхности подложки 99 на некотором расстоянии друг от друга, согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.

Как видно из фиг. 4, термоблок 100 согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения содержит по меньшей мере два нагревателя 111 и 121, последовательно установленные на верхней поверхности термоблока ПЦР с целью обеспечения подвода тепла к раствору ПЦР. Термоблок ПЦР 100 представляет собой модуль для поддержания заданной температуры, и содержит контактную поверхность с областью реакции ПЦР по меньшей мере на одной поверхности, для подвода тепла к раствору ПЦР, а именно, пробе и реагенту для проведения ПЦР, за счет теплового контакта, чтобы можно было провести ПЦР. Физические или химические свойства подложки 99 не изменяются при повышении температуры нагревателей 111 и 121, установленных на её поверхности, причем подложка выполнена из материала, препятствующего возникновению теплообмена между двумя или несколькими нагревателями. Например, подложка 99 может быть выполнена из материала типа пластика, стекла или силикона, и при необходимости может быть выполнена прозрачной или полупрозрачной. Для обеспечения компактности и интеграции устройства, ПЦР-термостат 100, как правило, изготовляют из тонкой пластины толщиной приблизительно от 50 нм до 1 мм, предпочтительно, около 250 мкм. Однако толщина ПЦР-термостата 100 не ограничивается приведенными выше величинами.

На верхней поверхности ПЦР-термостата 100 на расстоянии друг от друга последовательно установлены два или несколько нагревателей, например, размещенные таким образом, что первая циркуляция ПЦР происходит в нагревателе, расположенном на одной стороне термоблока ПЦР, а финальная циркуляция заканчивается в нагревателе, расположенном на другой стороне термоблока ПЦР. Далее, ПЦР-термостат 100 может иметь различные формы для эффективного подвода тепла к области реакции ПЦР, например, может быть выполнен в форме пластины, канала или стойки, обеспечивающей повышение отношения площади поверхности к объему.

Нагреватели 111 и 121 представляют собой кондуктивные нагревательные элементы, смонтированные на подложке 99, и могут быть выполнены из нагревателей, в которых используется нагрев джоулевым теплом, или термоэлементов, создающих электротермический эффект Пельтье. В то же время, расположенные рядом нагреватели из вышеупомянутых двух или более нагревателей термоблока ПЦР 100 могут иметь другую температуру, и профиль распределения температур между соседними нагревателями может повторяться комбинацией определенного количества нагревателей. Например, температура первого нагревателя составляет 95°C, второго нагревателя 55°C, и третьего нагревателя 72°C, и такой температурный профиль может повторяться 10, 20, 30 или 40 раз. Как вариант, первый нагреватель может быть нагрет до 95°C, температура второго может составлять 72°C, и температура третьего также 72°C, и такой температурный профиль может повторяться 10, 20, 30 или 40 раз. Таким образом, два или более нагревателя ПЦР-термостата 100 размещены таким образом, что первая циркуляция ПЦР происходит в нагревателе (с температурой 95°C), расположенном на одной стороне термоблока ПЦР, а финальная циркуляция происходит в нагревателе (с температурой 72°C), расположенном на другой стороне термоблока ПЦР.

Нагреватели 111 и 121 функционально соединены с различными блоками питания и регулирования для поддержания заданной температуры, а также с датчиками, контролирующими температуры нагревателей. С целью обеспечения постоянного поддержания внутренних температур нагревателей 111 и 121, электроды этих элементов, т.е. электроды нагревателей размещены симметрично в направлениях вверх-вниз и/или влево-вправо относительно центральных точек поверхностей данных нагревателей. Кроме того, для обеспечения быстрой передачи тепла и высокой теплопроводности нагреватели 111 и 121 изготовлены из одного или нескольких материалов, выбираемых из группы, в состав которой входят хром, алюминий, медь, железо, серебро и углерод, или из композиционных материалов на базе вышеуказанных. Однако материалы для изготовления нагревателей не ограничиваются указанными выше. Помимо этого, нагреватели 111 и 121 могут изготовляться из одного или нескольких материалов, выбираемых из группы, в состав которой входят теплопроводные наночастицы, содержащие светопроницаемые нагревательные элементы, например, оксидный полупроводник и материал с добавками, выбираемыми из группы, в состав которой входят In, Sb, Al, Ga, C и Sn, которые добавляют к оксидному полупроводнику, оксиду индия и олова, проводящему полимеру, углеродной нанотрубке и графену.

В случае, если два нагревателя 111 и 121 установлены на ПЦР-термостате 100 дважды, чтобы осуществлять два этапа ПЦР, т.е. этап денатурации и этап отжига/экстензии, продолжительность ПЦР меньше продолжительности, которая требуется для проведения ПЦР, состоящей из трех этапов, а именно, денатурации, отжига и экстензии. Кроме того, поскольку количество нагревателей уменьшено, это обеспечивает дополнительные преимущества, заключающиеся в упрощении конструкции и повышении её прочности. При проведении ПЦР с помощью трех этапов температура этапа денатурации составляет приблизительно от 85°C до 105°C, предпочтительно, 95°C, температура этапа отжига составляет от 40°C до 60°C, предпочтительно, 50°C, и температура этапа экстензии составляет от 50°C до 80°C, предпочтительно, 72°C. При проведении ПЦР с помощью двух этапов температура этапа денатурации составляет приблизительно от 85°C до 105°C, предпочтительно, 95°C, и температура этапа отжига/экстензии составляет 50°C до 80°C, предпочтительно, 72°C. Однако разумеется, указанные температуры и диапазоны температур ПЦР могут корректироваться в известных пределах.

Как было указано выше, два или более нагревателя 111 и 121, поддерживающих заданные температуры, последовательно установлены на верхней поверхности ПЦР-термостата 100 на расстоянии друг от друга, таким образом, увеличивая скорость нагрева. В обычном устройстве с общим нагревателем скорость нагрева составляет от 3°C до 7°C в секунду. Однако для варианта реализации настоящего изобретения с последовательно установленными нагревателями скорость нагрева в пространстве между нагревателями составляет порядка от 20°C до 40°C в секунду, что обеспечивает уменьшение времени ПЦР. В варианте реализации с последовательно установленными нагревателями можно точно контролировать температуры этапов денатурации, отжига и экстензии (или этапов денатурации и отжига/экстензии), а также можно поддерживать заданные температуры или диапазоны температур только в областях, на которые поступает тепло от нагревателей. Кроме того, на ПЦР-термостате 100 последовательно установлены различные количества нагревателей 10 и 20, что дает возможность получать разные продолжительности цикла ПЦР. Например, при ПЦР, проводимом в 10 циклов, последовательно устанавливаются 20 или 30 нагревателей. Иными словами, в соответствии с заданным количеством циклов ПЦР, на ПЦР-термостате 100 нагреватели можно последовательно устанавливать 10, 20, 30, 40 или 50 раз.

На фиг. 5 показан ПЦР-термостат 100 согласно настоящему изобретению с блоком питания 200, обеспечивающим подачу питания на нагреватели, последовательно установленные на ПЦР-термостате 100. Более подробно, в верхней части Фиг. 5 показан вид в вертикальном разрезе ПЦР-термостата 100, а в нижней части Фиг. 5 представлен вид в плане ПЦР-термостата 100. Как видно из фиг. 5, ПЦР-термостат 100 содержит 20 последовательно установленных нагревателей. Блок питания 200 представляет собой модуль, обеспечивающий подачу питания на ПЦР-термостат 100 от источника питания с целью нагрева ПЦР-термостата 100; этот модуль содержит также первый и второй распределенные проволочные элементы 210 и 220, служащие для подачи питания на нагреватели 110 и 120. Например, как показано на фиг. 5, первый распределенный проволочный элемент 210 ПЦР-термостата 100 служит для подачи питания на первые нагреватели 110, а второй распределенный проволочный элемент 220 ПЦР-термостата 100 служит для подачи питания на вторые нагреватели 120. Если первые нагреватели 110 поддерживают температуру этапа денатурации ПЦР, например, температуру от 85°C до 105°C, и вторые нагреватели 120 поддерживают температуру этапа отжига/экстензии ПЦР, например, температуру от 50°C до 80°C, первый распределенный проволочный элемент 210 получает питание для поддержания температуры этапа денатурации ПЦР от блока питания 200, и второй распределенный проволочный элемент 220 получает питание для поддержания температуры этапа отжиг/экстензии ПЦР от блока питания 200. Первый распределенный проволочный элемент 210 и второй распределенный проволочный элемент 220 выполнены из электропроводного материала, такого как золото, серебро, медь и т.д., но могут выполняться также и из других материалов. Источник питания представляет собой модуль, обеспечивающий подачу питания на блок питания 200, и он соединен, соответственно, с первым распределенным проволочным элементом 210 и вторым распределенным проволочным элементом 220 блока питания 200. При проведении ПЦР, например, первый порт электропитания источников питания 400 электрически соединен с первым распределенным проволочным элементом 210, а второй порт электропитания источников питания 400 электрически соединен со вторым распределенным проволочным элементом 220. Затем, при поступлении от пользователя команды на проведение ПЦР, источник питания начинает подачу питания на первый распределенный проволочный элемент 210 и второй распределенный проволочный элемент 220, в результате чего происходит быстрый нагрев первого нагревателя и второго нагревателя ПЦР-термостата 100. Если температуры нагревателей достигают заданных значений, источник питания регулирует количество питания, подаваемого для поддержания заданных температур нагревателей.

На фиг. 6 приведено изображение, демонстрирующее устройство с ПЦР-чипом 900 и по меньшей мере двумя реакционными камерами 910, установленными внутри ПЦР-чипа, согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, и на фиг. 7 - 9 показаны ПЦР-чипы 900 различных типов согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.

Как видно из фиг. 6, ПЦР-чип 900 согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, выполненный в форме пластины, контактирует с верхней поверхностью термоблока ПЦР 100, содержащего нагреватели 110 и 120, и содержит две или более реакционные камеры 910 и 920, последовательно установленные, таким образом, чтобы при контакте их расположение соответствовало расположению двух или более нагревателей 110 и 120, установленных на термоблоке ПЦР 100. Как было указано выше, на фиг. 7 - 9 показаны ПЦР-чипы 900 различных типов согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.

Реакционная камера представляет собой полость, в которую вводится раствор пробы ПЦР, содержащий двунитиевые ДНК как матричные нуклеиновые кислоты и реагент для амплификации определенных последовательностей ДНК (дезоксирибонуклеиновых кислот). В одном из возможных вариантов реализации настоящего изобретения, реакционная камера входит в область нагревателя в термоблоке ПЦР 100, когда входит в термический контакт с термоблоком ПЦР 100 для выполнения ПЦР. В то же время, ПЦР-чип, как правило, выполняется в виде пластины, так что тепло равномерно передается к реакционным камерам, когда ПЦР-чип входит в термический контакт с термоблоком ПЦР 100.

Как видно из фиг. 7, на выполненном в форме пластины чипе последовательно установлены по меньшей мере две реакционные камеры 910. Далее, реакционные камеры 910 могут быть расположены как в продольном направлении, так и в вертикальном направлении, т.е. в направлении, перпендикулярном продольному. В данном случае реакционные камеры 910 могут содержать как одинаковые, так и разные пробы ПЦР и реагенты, и в данном случае, на одном ПЦР-чипе 900 выполняются ПЦР по меньшей мере с двумя или с разными пробами.

Как показано на фиг. 8, две или более реакционные камеры 910 пластинчатой формы последовательно размещены и могут быть выполнены в виде канала, непрерывно проходящего в вертикальном направлении, перпендикулярном продольному направлению чипа. В данном случае реакционные камеры 910 могут содержать как одинаковые, так и разные пробы ПЦР и реагенты, и в данном случае, на одном ПЦР-чипе 900 выполняются ПЦР по меньшей мере с двумя или с разными пробами.

Кроме того, реакционные камеры 910 ПЦР-чипа 900, изображенные на фиг. 7 и 8, выполнены в виде полостей с объединенным входом и выходом. Однако, как показано на фиг. 9, реакционная камера 910 ПЦР-чипа 900 может иметь отдельные вход и выход канального типа, когда вход 931 и выход 932 выполнены отдельными и соединены друг с другом единым каналом 921. Обычный ПЦР-чип пластинчатого типа с множеством полостей имеет низкое отношение поверхности к объему и требует длительного времени ПЦР вследствие большого объема проб. И, наоборот, ПЦР-чип с реакционными камерами с отдельными входами и выходами канального типа, согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, имеет высокое отношение поверхности к объему, что обеспечивает значительное уменьшение времени ПЦР. Величину высоты канала внутри реакционной камеры можно выбирать в диапазоне от 0,01 мкм до 5 мм, однако, предпочтительней выбирать меньшие значения высоты канала, чтобы получать более высокие отношения поверхности к объему.

ПЦР-чип 900 согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения содержит: первую пластину, контактирующую с термоблоком ПЦР 100; вторую пластину, установленную на первой пластине и содержащую две или более реакционные камеры, и третью пластину, установленную на второй пластине и содержащую вход и выход для одной или нескольких реакционных камер. Как было указано выше, ПЦР-чип 900 выполнен в виде ламинированной пластины, что обеспечивает простоту технологии производства и низкие производственные затраты, а также увеличивает поверхность теплообмена с термоблоком ПЦР 100. ПЦР-чип 900 может быть выполнен из различны материалов, предпочтительно, из тонкой пластиковой пленки. Кроме того, ПЦР-чип 900 изготовляется из светопрозрачного материала, и если он используется для оптических измерений ПЦР в реальном масштабе времени, таких как флуоресцентные, фосфоресцентные или люминесцентные измерения, раман-спектроскопия, поверхностно усиленное рамановское рассеяние и поверхностный плазмонный резонанс, реакционный блок ПЦР 300, предпочтительно, изготовляется из светопрозрачного материала.

Первую пластину приклеивают или прикрепляют к термоблоку ПЦР 100, и на неё поступает тепло от термоблока ПЦР 100. Первую пластину изготовляют из различных материалов, предпочтительно, из материала, выбираемого из группы, включающей в себя полидиметилсилоксан (ПДМС), циклоолефиновый сополимер (ЦОС), полиметилметакрилат (ПММА), поликарбонат (ПК), полипропиленкарбонат (ППК), полиэфирсульфон (ПЭС), полиэтилентерефталат (ПЭТ), а также комбинации указанных материалов. Затем, на верхнюю поверхность первой пластины 310 наносят гидрофильное вещество (не показано) для обеспечения мягкого проведения ПЦР. После нанесения гидрофильного вещества на поверхности первой пластины 310 образуется единый слой данного гидрофильного вещества. Гидрофильное вещество может включать в себя различные вещества, предпочтительно, содержит материал, выбираемый из группы, в состав которой входят карбоксильная группа (-COOH), аминогруппа (-NH2), гидроксильная группа (-OH) и сульфонная группа (-SH). Обработка поверхности гидрофильным веществом производится по технологии, известной в уровне техники.

Сверху первой пластины 310 помещают вторую пластину. Вторая пластина содержит две или более реакционные камеры. Соответственно, целевой раствор пробы, подлежащий амплификации, вводится в две или более реакционные камеры, и затем проводится ПЦР. Далее, вторая пластина 320 изготовляется из различных материалов, предпочтительно, из термопластичной смолы или термореактивной смолы, выбираемых из группы, включающей в полиметилметакрилат (ПММА), поликарбонат (ПК), циклоолефиновый сополимер (ЦОС), полиамид (PA), полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полифениленэфир (ПФЭ), полистирол (ПС), полиоксиметилен (ПОМ), полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), политетрафторэтилен (ПТФЭ), поливинилхлорид (ПВХ), поливинилиденфторид (ПВДФ), полибутилентерефталат (ПБТ), фторированный этиленпропилен (ФЭП), перфторалкоксиалкан (ПФА), а также комбинации вышеуказанных материалов. Кроме того, вторая пластина имеет различную толщину, предпочтительно, от 0,01 мкм до 5 мм. Реакционные камеры могут иметь различные величины ширины и длины, предпочтительно, ширину от 0,001 мм до 10 мм, и длину от 1 мм до 400 мм. Кроме того, внутренняя стенка второй пластины покрывают материалом силановой группы, альбумином сыворотки КРС (BSA) и т.р., с целью предотвращения поглощения протеина данной поверхностью. Обработка поверхности данным материалом производится по технологии, известной в уровне техники.

Сверху второй пластины помещают третью пластину. Третья пластина содержит вход, выполненный в одной области данной пластины на каждой реакционной камере, выполненной на второй пластине, и выход, выполненный в другой области данной пластины на каждой реакционной камере. Вход – это участок, в который вводится целевой раствор пробы, содержащий нуклеиновые кислоты, подлежащие амплификации. Выход – это участок, через который выводится целевой раствор пробы по окончании ПЦР. Как указывалось выше, вход и выход могут быть выполненными объединенными или отдельными, и внутренние поверхности входа и выхода последовательно соединены с внутренними поверхностями двух или более реакционных камер второй пластины. Третью пластину изготовляют из различных материалов, предпочтительно, из материала, выбираемого из группы, включающей в себя полидиметилсилоксан (ПДМС), циклоолефиновый сополимер (ЦОС), полиметилметакрилат (ПММА), поликарбонат (ПК), полипропиленкарбонат (ППК), полиэфирсульфон (ПЭС), полиэтилентерефталат (ПЭТ), а также комбинации указанных материалов. Далее, вход имеет различные размеры, предпочтительно, его диаметр составляет от 0,001 мм до 10 мм. Далее, выход имеет различные размеры, предпочтительно, его диаметр составляет от 0,001 мм до 10 мм. Кроме того, на входе и выходе предусмотрены закрывающие средства для предотвращения утечки целевого раствора пробы в двух или более реакционных камерах при проведении ПЦР для данного раствора. Закрывающие средства могут иметь различные формы, размеры, и могут быть выполнены из разных материалов. Кроме того, третья пластина имеет различную толщину, предпочтительно, от 0,001 мм до 10 мм.

ПЦР-чип 900 можно легко изготовить с помощью способа, включающего в себя следующие операции: обеспечение третьей пластины, имеющей вход и выход, сформированные посредством механической обработки; формирование двух или более реакционных камер на участках, положение которых соответствует расположению входа и выхода третьей пластины, на пластине, размер которой соответствует размеру нижней поверхности третьей пластины, посредством механической обработки, с целью создания второй пластины; формирование поверхности, содержащей гидрофильное вещество на верхней поверхности пластины, размер которой соответствует размеру нижней поверхности второй пластины, посредством обработки поверхности, с целью создания первой пластины; и приклеивание нижней поверхности третьей пластины к верхней поверхности второй пластины, и приклеивание нижней поверхности второй пластины к верхней поверхности первой пластины.

Вход и выход третьей пластины и двух или более реакционных камер второй пластины формируют с помощью способа механической обработки, выбираемого из группы, в состав которой входят инжекционная формовка, горячее тиснение, литье и лазерная абляция. Кроме того, нанесение гидрофильного вещества на поверхность первой пластины осуществляется с помощью способа, выбираемого из группы, в состав которой входят кислородная и аргоновая плазменная обработка, обработка коронным разрядом и покрытие поверхностно-активным веществом (ПАВ), а обработка гидрофильного вещества производится с помощью известных способов. Кроме того, приклеивание нижней поверхности третьей пластины к верхней поверхности второй пластины, а также приклеивание нижней поверхности второй пластины к верхней поверхности первой пластины осуществляется с помощью термоклея, ультразвуковой сварки, склеивания растворителем, сварки нагретой пластиной, ультрафиолетового склеивания и склеивания под давлением, производимого по известной технологии. Кроме того, в зазоры между третьей пластиной и второй пластиной, а также между второй пластиной и первой пластиной могут вводиться двусторонние адгезивы, термопластичная смола или термореактивная смола.

На фиг. 10 - 12 показано состояние, в котором ПЦР-чипы 900 различных типов и термоблок ПЦР контактируют друг с другом.

Как показано на фиг. 10, ПЦР-чип 900 содержит реакционные камеры 910 типа полости с объединенными входом и выходом, причем данные реакционные камеры 910 размещены таким образом, что их расположение соответствует расположению нагревателей 110 и 120 термоблока ПЦР. Как видно из фиг. 11, ПЦР-чип 900 содержит реакционные камеры 910 с раздельными входом и выходом, причем данные реакционные камеры 910 размещены таким образом, что их расположение соответствует расположению нагревателей 110 и 120 термоблока ПЦР в вертикальном направлении. На фиг. 12 показан ПЦР-чип 900, содержащий реакционные камеры 910 с раздельными входом и выходом, причем данные реакционные камеры 910 размещены таким образом, что их расположение соответствует расположению нагревателей 110 и 120 термоблока ПЦР в горизонтальном направлении.

Применение ПЦР-