Система термоциклирования для проведения полимеразной цепной реакции

Изобретение относится к лабораторному оборудованию, в частности к средствам для проведения реакций термоциклирования в молекулярной биологии. Система термоциклирования для проведения полимеразной цепной реакции содержит размещенные в корпусе средства нагрева и охлаждения держателя тестируемых образцов, теплообменник и подключенные к контроллеру, термодатчик и помпу циркуляции теплоносителя. Корпус выполнен в виде цилиндрического элемента, имеющего основание, боковую цилиндрическую стенку и верхнюю панель для размещения держателя тестируемых образцов. Средство нагрева держателя образцов выполнено в виде плоского электронагревательного элемента, установленного на верхней панели так, что его рабочая поверхность выполнена с возможностью теплового контакта с держателем образцов, а тыльная - обращена к средству охлаждения. Средство охлаждения выполнено в виде струйного оросителя в форме стакана с опорным фланцем по открытому краю. В днище стакана по продольной оси размещен патрубок с соплом подачи орошающей воды. В боковой поверхности стакана размещен патрубок слива воды, соединенный с входом теплообменника. Причем выход теплообменника и патрубок подачи орошающей воды присоединены к помпе. Изобретение обеспечивает при реализации достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции устройства и снижении инерционности регулирования за счет прямого орошения нагревателя водой из системы охлаждения при одновременном снижении потребляемой электроэнергии и уменьшении габаритов системы. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к лабораторному оборудованию, а именно к средствам для проведения реакций термоциклирования в молекулярной биологии.

Применение термоциклирования является неотъемлемой частью современной молекулярной биологии. Например, в полимеразной цепной реакции (ПЦР), которая используется для амплификации нуклеиновых кислот, используется серия этапов плавления ДНК, отжига и полимеризации при различных температурах, чтобы значительно повысить количество ДНК в образце. Известно большое число конструктивных решений систем термоциклирования, использующих как жидкостные и газовые носители нагрева-охлаждения, так и электронные термостаты.

Известна система термоциклирования для ПЦР (WO 2005113741 (А1) - VORTEX - TUBE THERMOCYCLER, PADHYE NISHA VIKAS et al., 01.12.2005), которая использует горячие и холодные газовые потоки. Температура газа регулируется клапанной системой, управляет потоком холодного газа в реакционную камеру, где его смешивают с горячим газом, чтобы установить различные температуры, необходимые для этапов денатурации, отжига и удлинения цикла, однако система сложна и инерционна.

Другие системы термоциклирования (US 2008124722 (A1) - Cooling In А Thermal Cycler Using Heat Pipes, APPLERA CORP, 29.05.2008; RU 2577282 C2, ЭПИСТЕМ ЛИМИТЕД (GB), 10.03.2016) используют для нагрева термоблока с образцом нуклеиновой кислоты электронагреватель, а для охлаждения - термоэлектрический элемент Пельтье совместно с тепловой трубой для отвода тепла от нагретой стороны элемента Пельтье к радиатору. Контроллер сконфигурирован для управления системами нагрева и охлаждения для циклического переключения в соответствии с заданным профилем температуры. Однако быстродействие и эффективность устройства в целом зависят от качества теплоотвода от элемента Пельтье. Этот тепловой поток следует удалять подходящими охлаждающими средствами: когда вентиляторы не справляются с тепловыделением, применяют водяное охлаждение.

В патенте RU 144458 U1, OOO ''MBM-Диагностик ", 20.08.2014, описано устройство для проведения конвекционной ПЦР. Устройство состоит из реакционной ячейки, с возможностью охлаждения воздухом в верхней части и нижнего нагревающего элемента. Позволяет ускорить формирование конвекционных потоков и их упорядочивание, обеспечить протекание полимеразной цепной реакции с сохранением высокой специфичности и скорости протекания реакции по всему объему реакционной смеси. Устройство, хотя и имеет низкие энергозатраты, однако характеризуется длительностью процесса.

Известна система термоциклирования, в которой ПЦР проводят путем циклического изменения температуры образцов с помощью программируемого термостата (ЕР 0488769 (B1), PERKIN ELMER CORP, 29.04.1998). Устройство содержит трехзонный пленочный нагреватель, управляемый компьютером, и управляемые компьютером электромагнитные клапаны охлаждения картриджа для подачи потока охлаждающей жидкости через блок образцов и контроля температуры блока. Используют одноразовые и многокомпонентные пластиковые картриджи для микротитрования.

Наиболее близким аналогом изобретения является система термоциклирования для проведения ПЦР (US 2006105433 (A1) - Rapid thermocycler, ICKMORE WILLIAM D JR, JENNINGS GILBERT M, 18.05.2006 - прототип), содержащая размещенные в корпусе средства нагрева и охлаждения держателя тестируемых образцов, теплообменник и подключенные к контроллеру термодатчик и помпу циркуляции теплоносителя.

Использованы отдельные теплообменники для каждой целевой температуры термоцикла, а также теплообменник с холодным повышением температуры и теплообменник с горячим повышением. Трубопровод используется для циркуляции жидкости через соответствующий теплообменник и через держатель образца, содержащий, по меньшей мере, один образец. При использовании температура образцов увеличивается или быстро уменьшается, сначала передавая циркулирующую жидкость в теплообменник с горячим повышением или холодным повышением, а затем пропуская циркулирующую текучую среду в соответствующий целевой теплообменник. Контроллер используется для управления нагревом, охлаждением и длительностью цикла.

Недостатки устройства состоят в сложной системе подготовки термостатирующей жидкости и неизбежного инерционного перехода с горячего цикла на холодный.

Проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, направлена на упрощение устройства и снижение его инерционности путем нагрева образца от контактирующего с ним электрического нагревателя с последующим непосредственным охлаждением водой самого нагревателя.

Предлагаемая система термостатирования для проведения ПЦР содержит размещенные в корпусе средства нагрева и охлаждения держателя тестируемых образцов, теплообменник и подключенные к контроллеру термодатчик и помпу циркуляции теплоносителя.

Отличие состоит в следующем. Корпус выполнен в виде цилиндрического элемента, имеющего основание, боковую цилиндрическую стенку и верхнюю панель для размещения держателя тестируемых образцов.

Средство нагрева держателя образцов выполнено в виде плоского электронагревательного элемента, установленного на верхней панели так, что его рабочая поверхность выполнена с возможностью теплового контакта с держателем образцов, а тыльная - обращена к средству охлаждения, выполненному в виде струйного оросителя в форме стакана с опорным фланцем по открытому краю, в днище которого по продольной оси стакана размещен патрубок с соплом подачи орошающей воды, а в боковой поверхности стакана - патрубок слива воды, связанный с входом теплообменника, выход которого и патрубок подачи орошающей воды присоединены к помпе.

Система может характеризоваться тем, что теплообменник с возможностью воздушного охлаждения выполнен в форме змеевика из медной трубки, размещенного по наружной поверхности боковой цилиндрической стенки корпуса и соединенного с помпой через щель в боковой цилиндрической стенке.

Система может характеризоваться и тем, что опорный фланец струйного оросителя герметично прикреплен к внутренней поверхности верхней панели.

Система может характеризоваться также тем, что плоский электронагревательный элемент имеет керамическую оболочку, внутри которой запрессован металлический спиралевидный проводник.

Система может характеризоваться и тем, что контроллер представляет собой одноплатный компьютер.

Технический результат - упрощение устройства и снижение инерционности регулирования за счет прямого орошения электронагревательного элемента водой из системы охлаждения, что позволяет снизить габариты и уменьшить потребляемую электрическую мощность.

Существо изобретения поясняется на чертежах, где:

фиг. 1 - показана конструкция в разрезе;

фиг. 2 - узел сопла подачи орошающей воды;

фиг. 3 - вид сверху на верхнюю панель для размещения держателя тестируемых образцов;

фиг. 4 - блок-схема системы.

Предлагаемая система термостатирования для проведения ПЦР содержит корпус 10, имеющий основание 12, боковую цилиндрическую стенку 14 с продольной щелью 15 и верхнюю панель 16, на которую помещается держатель 18 тестируемых образцов.

К панели 16 заподлицо крепится плоский нагревательный элемент 20, представляющий собой электронагревательный элемент в виде металлического спиралевидного проводника, запрессованного в керамическую оболочку с токоподводами (на фиг. условно не показан). Температура нагрева элемента 20 контролируется термодатчиком 22 (термистором) и соответствует температуре нагрева образцов в держателе 18.

Режим термоциклирования задается системой 30 охлаждения нагревателя 20 путем периодического орошения водой тыльной поверхности нагревателя с заданным режимом.

Система 30 охлаждения выполнена в форме стакана 31 с дном 32, в котором размещено сопло 33 подачи охлаждающей воды, которой выполняется орошение. Сопло имеет подводящий патрубок 331.

Крепление стакана 31 к панели 16 осуществляется через фланец 34 винтами 341. Слив воды из стакана 31 осуществляется через патрубок 35. Циркуляция охлаждающей воды осуществляется посредством помпы 36, имеющей входной 361 и напорный 362 патрубки. Помпа 36 закреплена на основании 12 корпуса. Стрелками 37 показано направление циркуляции жидкости от патрубка 331 сопла 33 через полость стакана 31 к патрубку 35, для чего напорный патрубок 362 помпы присоединен к патрубку 331 сопла 33. Вокруг боковой цилиндрической стенки 14 корпуса 10 размещен охладительный змеевик 38, выполненный из тонкостенной медной трубки. Концы змеевика 38 через продольную щель 15 заведены внутрь полости корпуса: один конец (входной) присоединен к патрубку 35, а другой - посредством силиконовой трубки 39 к входному патрубку 361 помпы 36.

Устройство работает следующим образом (см. фиг. 4). На блок-схеме электрические связи показаны сплошными линиями, гидравлические - пунктирными линиями.

Тестируемый образец в держателе 18 помещается на верхнюю панель 16 таким образом, чтобы его рабочая зона была в тепловом контакте с лицевой поверхностью 201 нагревательного элемента 20. В соответствии с управляющей программой термоциклирования, параметры которой устанавливают на дисплее 41, контроллер 40 подает питание на нагревательный элемент 20, в результате чего температура тестируемого образца в держателе 18 возрастает, что контролируется термодатчиком 22.

По достижении заданной температуры нагрев прекращается и контроллер 40 подает сигнал на включение помпы 36 для охлаждения. В результате этого помпа 36 создает напор воды, которая через сопло 33 осуществляет орошение нерабочей тыльной поверхности 202 нагревательного элемента, снимая с него и держателя 18 тестируемого образца тепло (на фиг. 4 поток охлаждающей жидкости из сопла условно показан стрелкой 371). После этого нагретая вода попадает в стакан 31 и затем отводится через патрубок 35 в змеевик 38, опоясывающий боковую цилиндрическую стенку 14 корпуса 10. В змеевике 38 циркулирующая вода охлаждается воздушным путем. По достижении заданной нижней границы температуры, которая регистрируется термодатчиком 22, помпа 36 отключается, после чего вновь активируется нагревательный элемент 20 и в таком режиме циклический процесс термостатирования продолжается.

Испытания показали, что предлагаемая система термостатирования для проведения ПЦР обеспечивает достижение технического результата в части снижения инерционности регулирования, обеспечивает высокую скорость нагрева/охлаждения, равную 2,4 и 2,7 градусов в секунду соответственно; имеет габаритные размеры: 12,3×12,3×10 (см) при средней потребляемой мощности 45 Вт.

1. Система термоциклирования для проведения полимеразной цепной реакции, содержащая размещенные в корпусе средства нагрева и охлаждения держателя тестируемых образцов, теплообменник и подключенные к контроллеру термодатчик и помпу циркуляции теплоносителя, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде цилиндрического элемента, имеющего основание, боковую цилиндрическую стенку и верхнюю панель для размещения держателя тестируемых образцов, средство нагрева держателя образцов выполнено в виде плоского электронагревательного элемента, установленного на верхней панели так, что его рабочая поверхность выполнена с возможностью теплового контакта с держателем образцов, а тыльная - обращена к средству охлаждения, выполненному в виде струйного оросителя в форме стакана с опорным фланцем по открытому краю, в днище которого по продольной оси стакана размещен патрубок с соплом подачи орошающей воды, а в боковой поверхности стакана - патрубок слива воды, соединенный с входом теплообменника, при этом выход теплообменника и патрубок подачи орошающей воды присоединены к помпе.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен с возможностью воздушного охлаждения в форме змеевика из медной трубки, размещенного по наружной поверхности боковой цилиндрической стенки корпуса и соединенного с помпой через щель, выполненную в боковой цилиндрической стенке.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что опорный фланец струйного оросителя герметично прикреплен к внутренней поверхности верхней панели.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что плоский электронагревательный элемент имеет керамическую оболочку, внутри которой запрессован металлический спиралевидный проводник.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что контроллер представляет собой одноплатный компьютер.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к микробиологии. Способ подготовки шахтных вод для выделения ДНК предусматривает фильтрацию проб кислой шахтной воды через нитрозоцеллюлозный фильтр, трехкратную промывку осадка оксалатом аммония и осаждение отмытых клеток центрифугированием в течение 20 мин.

Предложенная группа изобретений относится к области медицины. Предложен способ получения ДНК-праймеров и зондов для определения присутствия и определения относительного количества фетальной ДНК в образце плазмы крови беременной женщины.

Изобретение относится к биохимии. Описан способ получения гетерогенного набора одноцепочечных фрагментов ДНК для мультиплексного генетического анализа.

Настоящее изобретение относится к биохимии, в частности к способу определения и секвенирования неизвестных последовательностей ДНК, которые фланкируют известные последовательности в выделенной ДНК.

Предложенная группа изобретений относится к области медицины. Предложен способ получения ДНК-праймеров и зондов для малоинвазивной пренатальной ПЦР-диагностики трисомии 21-й хромосомы у плода по крови беременной женщины, характеризующийся тем, что выбирают сайт дифференциального метилирования фетальной ДНК 21-й хромосомы и ДНК 21-й хромосомы взрослого человека, чувствительный к эндонуклеазам, синтезируют прямой и обратный праймер, соответствующие ампликону длиной от 60 до 300 п.н., а также зонд, соответствующий этому ампликону, проводят ПЦР в реальном времени смеси образцов после их обработки эндонуклеазой рестрикции, отбирают пары праймеров и зонды, обеспечивающие эффективность реакции ПЦР в реальном времени выше 90% и линейность при изменении относительной концентрации образцов выше 90%.

Изобретение относится к области молекулярной биологии. Предложен способ автоматизированного выделения с одновременной очисткой нуклеиновых кислот из двух и более биологических образцов.

Изобретение относится к области биохимии, в частности к способу определения зиготности растения кукурузы, содержащего трансгенную конструкцию, содержащую ген арилоксиалканоатдиоксигеназы, где указанный способ включает: получение образца геномной ДНК от указанного растения кукурузы; получение приведенного в контакт образца посредством контактирования указанного образца ДНК с первым праймером и вторым праймером и флуоресцентным зондом, определение зиготности указанного растения кукурузы, а также к набору для его осуществления.

Изобретение относится к области биохимии, в частности к способу определения зиготности растения сои, включающего арилоксиалканоатдиоксигеназу (AAD-12) с SEQ ID NO: 1, где указанное растение содержит трансгенную конструкцию, включающую ген AAD-12, состоящий из остатков 2731-9121 SEQ ID NO: 1, и указанная трансгенная конструкция фланкирована 5′-фланкирующей геномной ДНК сои и 3′-фланкирующей геномной ДНК сои, где указанная 5′-фланкирующая геномная ДНК содержит остатки 1-2730 SEQ ID NO: 1, указанная 3′-фланкирующая геномная ДНК содержит остатки 9122-10212 SEQ ID NO: 1, а также к комплекту для его выполнения.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ подготовки культур сульфидогенных бактерий для выделения ДНК.

Способ получения двуспиральной рибонуклеиновой кислоты (дсРНК) из клеток штамма Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-448 включает разрушение клеток дрожжей в буфере с pH 7,4, содержащем 10 мМ Трис, 20 мМ ЭДТА и 0,5 М NaCl, обработку додецилсульфатом натрия в концентрации от 0,5 до 1,0% 20-25 мин при 20°C и хлороформом в концентрации до 25% 20-25 мин при 20°C.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен аппарат для культивирования автотрофных микроорганизмов.

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен нагревательный блок, чип и устройство для полимеразной цепной реакции (ПЦР).

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложена автоматизированная система бесклеточного получения белка, способ бесклеточного получения белка и реакционный набор для автоматизированного бесклеточного получения белка.

Группа изобретений относится к биотехнологии, в частности к устройству и способу для автоматического анализа биологических образцов, обеспечивающих выполнение всех необходимых операций для анализа биологических образцов в режиме реального времени.

Изобретение относится к устройству термоциклера для использования при проведении реакций термоциклирования в молекулярной биологии. Термоциклер содержит: термоблок (34) для приема образца; термоэлектрический элемент (36) типа Пельтье; нагревательное устройство (38), отличное от элемента Пельтье; радиатор (28); тепловую трубу (40), соединяющую радиатор с элементом типа Пельтье.

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен способ испытания чувствительности Mycobacterium tuberculosis к лекарственным средствам, применение индикатора для вышеуказанного способа, где индикатором является теллурит или смесь теллурита и мочевины, твердая среда для способа испытания чувствительности, применение твердой среды, нагревательный термостат для способа испытания чувствительности и бокс культивирования для способа испытания чувствительности.

Группа изобретений относится к области инкубации проб воды. Предложен инкубатор для проб воды и способ инкубации проб воды.

Группа изобретений относится к области молекулярно-диагностических исследований. Устройство для комплексного качественного или количественного анализа нуклеиновых кислот в реальном времени используют в способе определения целевой нуклеиновой кислоты.

Изобретение относится к устройствам для выращивания одноклеточных микроорганизмов, например зеленых водорослей, в закрытых емкостях в водной суспензии при естественном или искусственном освещении.

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Установка содержит расположенные на каркасе аквариумы из прозрачного материала, связанные между собой трубопроводом, включающим сливные отверстия, соединенные с емкостью готовой суспензии и емкостью для питательного раствора, светильники, размещенные между аквариумами.

Изобретение относится к лабораторному оборудованию, в частности к средствам для проведения реакций термоциклирования в молекулярной биологии. Система термоциклирования для проведения полимеразной цепной реакции содержит размещенные в корпусе средства нагрева и охлаждения держателя тестируемых образцов, теплообменник и подключенные к контроллеру, термодатчик и помпу циркуляции теплоносителя. Корпус выполнен в виде цилиндрического элемента, имеющего основание, боковую цилиндрическую стенку и верхнюю панель для размещения держателя тестируемых образцов. Средство нагрева держателя образцов выполнено в виде плоского электронагревательного элемента, установленного на верхней панели так, что его рабочая поверхность выполнена с возможностью теплового контакта с держателем образцов, а тыльная - обращена к средству охлаждения. Средство охлаждения выполнено в виде струйного оросителя в форме стакана с опорным фланцем по открытому краю. В днище стакана по продольной оси размещен патрубок с соплом подачи орошающей воды. В боковой поверхности стакана размещен патрубок слива воды, соединенный с входом теплообменника. Причем выход теплообменника и патрубок подачи орошающей воды присоединены к помпе. Изобретение обеспечивает при реализации достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции устройства и снижении инерционности регулирования за счет прямого орошения нагревателя водой из системы охлаждения при одновременном снижении потребляемой электроэнергии и уменьшении габаритов системы. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх