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Dokumentenidentifikation DE69617280T2 08.05.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0723812
Titel Vorrichtung zur Durchführung von Reaktionen mittels thermischen Zyklen und Reaktor hierfür
Anmelder Tosoh Corp., Shinnanyo, Yamaguchi, JP
Erfinder Ishiguro, Takahiko, Yokohama-shi, Kanagawa, JP;
Fukunaga, Shingo, Machida-shi, Tokyo, JP;
Mitoma, Yasutami, Fujisawa-shi, Kanagawa, JP
Vertreter Vossius & Partner, 81675 München
DE-Aktenzeichen 69617280
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, LI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 26.01.1996
EP-Aktenzeichen 963005640
EP-Offenlegungsdatum 31.07.1996
EP date of grant 28.11.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.05.2002
IPC-Hauptklasse B01L 7/00

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Thermozyklusreaktionsvorrichtung, die für Polymerasekettenreaktionen (PCR) und andere Thermozyklusreaktionen von Nutzen ist, sowie einen dafür geeigneten Reaktor (Reaktionsbehälter).

Beschreibung der verwandten Technik

Bekannt ist die PCR-Technik für eine DNA-Zielsequenz, bei der ein spezifisches Zielgen in großer Menge in kurzer Zeit amplifiziert wird, indem zwei Arten von Primern jeweils mit den Enden des DNA-Zielfragments wärmegekoppelt werden und eine matrizenspezifische DNA-Synthesereaktion mit einer DNA- Polymerase in vitro wiederholt wird (JP-A-4-67957, 4-67960 usw.). Durch diese Technik kann in der Praxis eine DNA oder ein DNA-haltiger Mikroorganismus erfaßt werden, der nur in kleiner Anzahl vorliegt. Daher findet die PCR-Technik auf verschiedenen technischen Gebieten breite Anwendung, z. B. Biochemie, Biologie im weitesten Sinn, u. a. Gentechnik, Medizin, Pharmakologie und Landwirtschaft.

Zum Einsatz kommt das PCR-Verfahren allgemein zur Amplifikation einer DNA von einer geringen Anzahl auf eine größere Anzahl durch vielfaches Wiederholen eines Erwärmungs- und Abkühlzyklus, z. B. eines dreistufigen Thermoprofils (Anheben und Absenken der Temperatur) mit dem ersten Schritt des Haltens einer DNA mit einer DNA-Zielsequenz auf einer Dissoziationstemperatur (oder Denaturierungstemperatur), um die doppelsträngige DNA zu einer einzelsträngigen DNA zu dissoziieren; dem zweiten Schritt des Haltens der einzelsträngigen DNA auf einer Wärmekopplungstemperatur, um einen normal gerichteten Primer und einen rückwärtig gerichteten Primer daran durch Wärme zu koppeln; und dem dritten Schritt des Haltens der Reaktionsflüssigkeit auf einer Temperatur zur komplementären DNA-Synthese, um die DNA komplementär zur einsträngigen DNA sequentiell zu vermehren.

Herkömmlich wird die PCR durch Verwendung einer rechnergesteuerten automatischen Temperaturzyklusvorrichtung (einem Thermocycler) durchgeführt. In einem Beispiel verfügt eine mit einem solchen Thermocycler ausgerüstete Vorrichtung über einen Metallblock, der ein Bad (Hohlraum) zum Aufnehmen einer Reaktionskammer hat, die ein Reaktionsgemisch im Inneren enthält, und einen Hochtemperaturfluid-Speicherbehälter sowie einen Tieftemperaturfluid-Speicherbehälter, die mit Durchflußwegen verbunden sind, um ein Erwärmungsfluid durch den Metallblock zirkulieren zu lassen. Dadurch wird die Temperatur des Reaktionsgemischs nacheinander über die o. g. drei Schritte vorgeschriebener Temperaturen automatisch geändert, indem die Durchflüsse des Hochtemperaturfluids und Tieftemperaturfluids umgeschaltet werden, die in den Weg im o. g. Metallblock eingeleitet werden: beispielsweise 90 bis 95ºC für etwa 20 Sekunden im ersten Schritt (Denaturierung), 45 bis 60ºC für etwa 20 Sekunden im zweiten Schritt (Wärmekopplung) und 65 bis 75ºC für etwa 30 Sekunden im dritten Schritt (DNA-Synthese).

In einem weiteren Beispiel für den Thermocycler, der nicht zur PCR dient, werden z. B. 100 reagenzglasartige Reaktionskammern, die an einem Gestell hängen, nacheinander zu fünf Thermostaten transportiert, die ein Erwärmungsmedium mit unterschiedlichen Temperaturen enthalten, und darin eingetaucht, um eine gewünschte enzymatische Reaktion, Enzymdeaktivierung oder andere enzymatische Zyklusreaktionen in den jeweiligen Thermostaten durchzuführen (JP-A-62-12986).

Der o. g. Thermocycler, der die Temperatur des Reaktionsgemischs für die jeweiligen Schritte durch Anheben oder Absenken der Temperatur des Erwärmungsbadmediums im Metallblock durch Umschalten der Zirkulation temperatursteuernder Fluide ändert, hat folgende Nachteile: Das einfache Umschalten eines Temperaturerwärmungsmediums für den einen Schritt auf ein weiteres Temperaturerwärmungsmedium für den nachfolgenden Schritt, z. B. von 90ºC für den ersten Schritt auf 45ºC für den zweiten Schritt, führt zu einer sehr geringen Temperaturänderungsgeschwindigkeit im Vergleich mit der Zeit für die beabsichtigte Reaktion, und eine vielfache Wiederholung der Zyklen dauert vielfach für die gesamte Behandlung extrem lange. Zudem verläuft die Reaktion des ersten Schritts (auch des zweiten Schritts) nicht nur bei der Solltemperatur (90ºC), sondern auch in einem Temperaturbereich von mehreren Grad Celsius um die Solltemperatur, was die Steuerung der Reaktion in der vorgeschriebenen Zeit erschwert. Im Extremfall geht die Reaktion unvorteilhaft überhaupt nicht vonstatten.

Zur schnellen Temperaturänderung für den nachfolgenden Schritt, z. B. im o. g. Fall, kann man ein Fluid mit einer genügend niedrigeren Temperatur als die vorgeschriebene Temperatur des zweiten Schritts zum Bad zirkulieren lassen, wonach ein der vorgeschriebenen Temperatur entsprechendes Fluid umgewälzt wird. Bei einem solchen Verfahren wird leicht die Temperatur des Reaktionsgemischs niedriger als die vorgeschriebene Temperatur, was sogenanntes Überschwingen bzw. Überschießen in der Endstufe der Abkühlung von 90ºC auf 45ºC bewirkt. Dies beeinträchtigt die Reproduzierbarkeit der Reaktion, und im Extremfall geht das Verfahren nachteilig nicht vonstatten. Außerdem erfordert dieses Verfahren zusätzlich einen Thermostat, einen Fluidspeicherbehälter und Rohrleitungen für das Hochtemperatur- oder Tieftemperaturfluid, was die Verkleinerung der Vorrichtung erschwert und nicht zur gleichzeitigen Behandlung vieler Proben geeignet ist.

Andererseits erfordert das andere der vorgenannten Systeme, bei dem an einem Gestell hängende Reagenzgläser nacheinander zu mehreren Thermostate transportiert und eingetaucht werden, die Fluide mit unterschiedlichen Solltemperaturen enthalten, eine mechanische Einrichtung zum Transportieren und Eintauchen der Reagenzgläser, wodurch die Vorrichtung größer wird und sich die schnellen Temperaturänderungen zwischen den vorgeschriebenen Temperaturen nicht ohne weiteres erreichen lassen.

In Clinical Chemistry Band 40, Nr. 9, 1. September 1994, Seiten 1815 bis 1818 offenbart der Beitrag "PCR in a silicon microstructure" einen Reaktor mit einem Reaktorkörper in Form einer dünnen Platte, die eine Wärmeübertragungsfläche auf mindestens einer Seite hat, wobei der Reaktorkörper in der Dicke der Platte einen Hohlraum eingeätzt hat, der eine Reaktionskammer bildet, die eine Öffnung in mindestens einer Seite des dünnen Körpers sowie eine wärmebeständige Dichtungseinrichtung aus Pyrex-Glas zum Abdichten der Öffnung hat.

Die EP-A-318255 offenbart eine Thermozyklusvorrichtung, die Küvetten und einen Transportweg für die Küvetten beinhaltet, der nicht geradlinig ist.

Die DE-GM-88 13 773.2 offenbart einen zylindrischen Reaktionsbehälter, und der Transporthalter für den Reaktionsbehälter ist zwischen dem Reaktionsbehälter und dem temperatursteuernden Block angeordnet. Der Reaktionsbehälter hat kein Fenster, durch das sein Inhalt beobachtet werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung kam zustande, um die o. g. Nachteile herkömmlicher Thermocycler zu überwinden, die in Thermozyklusreaktionen zum Einsatz kommen, indem eine neue Reaktionskammer zur Verwendung in einer Thermozyklusreaktionsvorrichtung sowie eine neue Vorrichtung genutzt wird, in der die Kammer gebraucht werden kann.

Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Thermokammer für eine Thermozyklusreaktionsvorrichtung bereitzustellen, die schnelle Temperaturänderungen über vorgeschriebene Temperaturschritte ermöglicht, um die Zeit einer wiederholten Thermozyklusreaktion zu verkürzen.

Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist, eine Thermozyklusreaktionsvorrichtung bereitzustellen, die den gesamten Reaktor auf einer gleichmäßigen Temperatur halten und bei gleichzeitiger Behandlung mehrerer Proben unter den gleichen Bedingungen den Nachteil von Ungleichmäßigkeit bei der Menge des Reaktionsprodukts und dem Reaktionsfortschritt unabhängig vom Standort der Reaktionskammern im Reaktor vermeiden kann, sowie einen dafür geeigneten Reaktor bereitzustellen.

Eine dritte Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Thermozyklusreaktionsvorrichtung bereitzustellen, die die Reaktionsflüssigkeitstemperatur ohne Überschießen auf eine vorgeschriebene Temperatur anheben oder absenken kann und eine leichte Steuerung oder den Wegfall einer Temperatursteuerung ermöglicht, sowie einen dafür geeigneten Reaktor bereitzustellen. Dadurch wird die Steuergenauigkeit der Reaktionstemperatur und -zeit verbessert.

Eine vierte Aufgabe der Erfindung ist, eine Thermozyklusreaktionsvorrichtung bereitzustellen, die durch Verkleinern der Temperatursteuerung für die Reaktionsflüssigkeit verkleinert werden kann, indem eine kleinere Menge einer Reaktionsflüssigkeit verwendet wird, die in einer kleineren Kammer abgedichtet ist, sowie einen dafür geeigneten Reaktor bereitzustellen.

Eine fünfte Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Thermozyklusreaktionsvorrichtung für ein PCR-Verfahren bereitzustellen, das einen Temperaturänderungszyklus mit folgenden aufeinanderfolgenden Schritten vielfach wiederholt: Halten einer Reaktionsflüssigkeit auf einer ersten Temperatur zum Dissoziieren oder Denaturieren einer doppelsträngigen DNA mit einer DNA-Zielsequenz zu einer einzelsträngigen DNA; Halten derselben auf einer zweiten Temperatur zum Binden oder Wärmekoppeln eines normalgerichteten Primers und eines rückwärtig gerichteten Primers mit der resultierenden einzelsträngigen DNA; und Halten derselben auf einer dritten Temperatur zum Synthetisieren einer weiteren DNA-Sequenz komplementär zur einzelsträngigen DNA in Gegenwart einer DNA-Polymerase, sowie einen Reaktor dafür bereitzustellen. Dadurch kann das Vorwärmen oder Vorkühlen der PCR-Reaktionsflüssigkeit in jedem Schritt im wesentlichen entfallen, um die Gesamtreaktionszeit zu verkürzen, und die Reaktion kann in einer vollständig abgedichteten Kammer ablaufen, um die PCR- Produkte zu vermeiden und um die Kontamination zu umgehen, die aus aerosolamplifizierter DNA verursacht wird.

Somit wird erfindungsgemäß ein Reaktor mit folgendem bereitgestellt: einem Reaktorkörper in Form einer dünnen Platte mit einer Wärmeübertragungsfläche auf mindestens einer Seite der dünnen Platte, die geeignet ist, in Seitenberührung mit temperatursteuernden Oberflächen gebracht zu werden, und mit einem oder mehreren Hohlräumen mit einem kleinen Volumen als Reaktionskammer in der Dicke der dünnen Platte, wobei der Hohlraum eine Öffnung auf einer Seite oder beiden Seiten der dünnen Platte hat; und einer wärmebeständigen Dichtungsbahn zum Abdichten der Reaktionskammer durch Abdecken der Öffnung der Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkörper durch ein dünnes Transporthilfsteil gestützt wird, das aus Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit besteht, so daß der Reaktorkörper und das Transporthilfsteil die Form einer dünnen Platte haben.

Vorzugsweise weist die Dichtungseinrichtung für den Reaktor eine transparente wärmebeständige Bahn auf.

Vorzugsweise ist die dünne Platte des Reaktors 0,2 bis 3 mm dick.

Vorzugsweise hat der Reaktor ein abdichtbares Loch zum Einleiten von Flüssigkeit in die Reaktionskammer.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen einer Thermozyklusreaktion, die aufweist: einen Reaktor mit einem Reaktorkörper in Form einer dünnen Platte, die eine Wärmeübertragungsfläche auf mindestens einer Seite hat, wobei der Reaktorkörper mindestens einen Hohlraum in der Dicke der Platte bildet, wobei der Hohlraum eine Reaktionskammer bildet, die eine Öffnung in einer oder beiden Seiten der dünnen Platte und eine wärmebeständige Dichtungseinrichtung zum Abdichten der Öffnung hat, Einrichtungen zum Bilden eines Transportwegs für den Reaktor, mehrere Einrichtungen zum Steuern der Temperatur des Reaktorkörpers, die auf dem Transportweg beabstandet sind, Einrichtungen zum Bewegen des Reaktors auf dem Transportweg und nacheinander in Wärmetauschbeziehung mit den temperatursteuernden Einrichtungen sowie Einrichtungen zum Steuern der Temperatur der temperatursteuernden Einrichtungen, wobei der Reaktor ein erfindungsgemäßer Reaktor ist.

Vorzugsweise ist eine optische Einrichtung zum Beobachten des Inhalts der Reaktionskammer vorgesehen.

Die temperatursteuernden Einrichtungen zum Steuern der Temperatur des Reaktorkörpers sind vorzugsweise Blöcke, und der Reaktor wird in Wärmeleitberührung mit ihnen gebracht.

Die Einrichtungen zum Steuern der Temperatur der temperatursteuernden Einrichtungen können Heizer und Sensoren sein.

In einer bevorzugten Form der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Transportweg und die Einrichtungen zum Bewegen des Reaktors auf dem Transportweg folgendes vorsehen: Wärmefluß-Haltepositionen gegenüber den temperatursteuernden Einrichtungen, wobei an dieser Stelle der Reaktorkörper durch die temperatursteuernden Einrichtungen an diesen Haltepositionen erwärmt oder abgekühlt werden kann, sowie eine oder mehrere Beobachtungs-Haltepositionen, die von den temperatursteuernden Einrichtungen beabstandet sind und an denen eine optische Beobachtungseinrichtung zum Beobachten des Inhalts der Reaktionskammer im Reaktorkörper vorgesehen ist, wenn er sich an den Beobachtungs-Haltepositionen befindet.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Durchführung einer PCR-Reaktion, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste, zweite und dritte temperatursteuernde Oberfläche vorgesehen sind, die erste temperatursteuernde Oberfläche auf einer Dissoziationstemperatur (oder Denaturierungstemperatur) für eine DNA mit einer DNA-Zielsequenz gehalten wird, um die doppelsträngige DNA zu einer einzelsträngigen DNA zu dissoziieren, die zweite temperatursteuernde Oberfläche auf einer Wärmekopplungstemperatur für die einzelsträngige DNA gehalten wird, um einen normal gerichteten Primer und einen rückwärtig gerichteten Primer daran durch Wärme anzukoppeln, und die dritte temperatursteuernde Oberfläche auf einer Temperatur zur komplementären DNA-Synthese gehalten wird, um die DNA komplementär zur einsträngigen DNA sequentiell zu vermehren; sowie durch intermittierendes Transportieren eines erfindungsgemäßen Reaktors, in dem der Hohlraum das PCR-Reaktionsgemisch enthält, in Berührung mit der ersten, zweiten und dritten temperatursteuernden Oberfläche sowie mehrfaches Wiederholen dieses Zyklus.

In einer bevorzugten Form des Verfahrens ist mindestens eine vierte Position entfernt von der ersten, zweiten und dritten Oberfläche sowie eine optische Einrichtung zum Beobachten des Inhalts der Reaktionskammer an der vierten Position vorgesehen, wodurch der Inhalt beobachtet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A bis 1C zeigen schematisch einen Reaktor der Erfindung, der für eine Thermozyklusreaktion zum Einsatz kommt.

Fig. 1A ist eine Draufsicht auf den Reaktor, Fig. 1B ist eine Schnittansicht durch den Reaktor an der Linie A-A in Fig. 1A, und Fig. 1C ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts B in Fig. 1B.

Fig. 2 ist eine im Schnitt gezeigte schematische Vorderansicht eines Beispiels für die Thermozyklusreaktionsvorrichtung der Erfindung, die den Reaktor von Fig. 1 nutzt.

Fig. 3 ist eine rechte Seitenansicht der Vorrichtung von Fig. 2 an der Linie C-C.

Fig. 4 ist eine von unten gezeigte Endansicht der Vorrichtung von Fig. 2 an der Linie D-D.

Fig. 5A und 5B sind schematische Darstellungen der aufeinanderfolgenden Haltepositionen des Reaktors bei einer Thermozyklusreaktion und optischen Messung mit der Reaktionsvorrichtung von Fig. 2. Fig. 5A zeigt die Haltepositionen während der Zyklusreaktion, und Fig. 5B zeigt die Haltepositionen für die optische Messung.

Nähere Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform Die Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen dargelegt.

Der für eine Thermozyklusreaktion verwendete Reaktor der Erfindung wird auf einem Transportweg mit mehreren darauf befestigten und getrennten temperatursteuernden Blöcken, die jeweils eine feste temperatursteuernde Oberfläche mit einer vorgeschriebenen Flächengröße und einer gesteuerten Temperatur haben, so transportiert, daß er nacheinander die temperatursteuernden Blöcke in einer vorbestimmten Reihenfolge wiederholt berührt; wobei der Reaktor aufweist: einen Reaktorkörper in Form einer dünnen Platte mit einer Wärmeübertragungsfläche auf mindestens einer Seite der dünnen Platte, die in Seitenberührung mit den jeweiligen temperatursteuernden Oberflächen zu bringen ist, und mit einem Hohlraum mit einem kleinen Volumen als Reaktionskammer in der Dicke der dünnen Platte, der eine Öffnung auf einer Seite oder beiden Seiten der dünnen Platte hat; und eine wärmebeständige Dichtungsbahn zum Abdichten der Reaktionskammer durch Abdecken der Öffnung der Kammer.

Kommt in diesem Aufbau ein optisches Erfassungssystem zum Erfassen der Änderung in der Reaktionsflüssigkeit zum Einsatz, ist die Dichtungsbahn für die Reaktionskammer vorzugsweise eine transparente wärmebeständige Bahn, um ein lichtdurchlässiges Fenster zu bilden.

Der o. g. Reaktor kann die Form einer dünnen Platte aus einem wärmeleitenden Material haben, z. B. Aluminium und andere Metalle, oder kann durch Kombinieren des o. g. Reaktorkörpers aus dem wärmeleitenden Material mit einem Transporthilfsteil gebildet sein, das aus einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, z. B. Nylon, Polycarbonat und andere Kunststoffmaterialien. Das Transporthilfsteil aus einem schlecht wärmeleitenden Material ist so kombiniert, daß es eine dünne Platte mit dem Reaktorkörper insgesamt bildet. Die Form des Transporthilfsteils kann so ausgewählt sein, daß es eine Form oder Struktur hat, die für die Art der Transporteinrichtung geeignet ist. Zum Beispiel kann der Reaktorkörper mit einer Oberfläche des Transporthilfsteils in Rotor- oder Trommelform kombiniert sein, um durch Drehung des Rotors oder der Trommel transportiert zu werden. Der aus einem wärmeleitenden Material hergestellte dünne plattenförmige Reaktorkörper ist in eine Aussparung oder Öffnung eingepaßt und darin befestigt, die am Transporthilfsteil in Plattenform gebildet ist. Natürlich kann zum Befestigen des Reaktors ein Teil verwendet werden oder ein Betriebsablauf zum Einsatz kommen.

Das zum Aufbau des Reaktors in der Erfindung geeignete wärmeleitenden Material weist die Materialien auf, die eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit haben, um die Reaktionskammer schnell auf einen beabsichtigten Temperaturwert zu bringen, vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 20 kcal/m·h·ºC, z. B. metallische Materialien wie das o. g. Aluminium.

Andererseits weist das schlecht wärmeleitende Material (wärmedämmende Material) zum Aufbau des Transporthilfsteils die Materialien auf, die eine ausreichend niedrige Wärmeleitfähigkeit haben, um die Temperatur des Reaktorkörpers zu halten, vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von höchstens 0,5 kcal/m·h·ºC, z. B. Kunststoffmaterialien wie das o. g. Polycarbonat.

Nach Bedarf kann der Reaktorkörper in jede geeignete Form gebracht sein, z. B. eine rechtwinklige Platte, eine kreisförmige Platte, eine flache Platte und eine gewölbte Platte, um auf eine Trommeloberfläche aufgepaßt zu werden. Die Reaktorgröße ist nicht beschränkt. Allgemein liegt die Dicke vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 3 mm, stärker bevorzugt von 0,2 bis 2 mm zur schnellen Temperaturänderung der Reaktionsflüssigkeit und gleichmäßigen Temperaturverteilung darin. Hat der Reaktor eine rechtwinklige Plattenform, liegt die Breite vorzugsweise im Bereich von 20 bis 40 mm, und die Länge liegt vorzugsweise im Bereich von 50 bis 100 mm.

Die Reaktionskammer im Reaktorkörper ist als Hohlraum in Plattendicke ausgebildet. Allgemein ist die Kammer ein Grundloch mit einer Öffnung auf einer Seite der dünnen Platte oder ein Durchgangsloch, das die Platte zur leichten Handhabung des Reaktors durchdringt. Die Öffnung oder Öffnungen sind mit einer Dichtungsbahn zur Außenluft flüssigkeitsdicht abgedichtet. Allgemein ist die Öffnung kreisförmig mit einem Durchmesser im Bereich von 10 bis 20 mm, vorzugsweise 14 bis 18 mm, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Reaktionskammer kann einzeln oder mehrfach getrennt in einem Reaktor vorgesehen sein. Das Volumen der Kammer beträgt etwa 0,1 ml und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 0,2 ml zur schnellen Temperaturänderung.

Die Dichtungsbahn zum Abdichten der Öffnung der Reaktionskammer kann aus jedem Material hergestellt sein, das ausreichend gegen Wärme, Chemikalien usw. beständig ist und keine Verformung der Bahn oder Elution einer Verunreinigung aus ihr bewirkt. Insbesondere wird zur optischen Messung der Reaktionsergebnisse vorzugsweise eine transparente oder mindestens bei der Meßwellenlänge transparente Bahn aus einem solchen Material wie einem Acrylharz, Polyethylen und einem Vinylchloridharz genutzt. Die Bahn kann ein flexibler Film oder eine starre Platte sein.

Vorzugsweise hat der Reaktorkörper ein Loch zum Einfüllen der Reaktionsflüssigkeit. Insbesondere hat das Fülloch eine solche Struktur, daß es die Abdichtung nach Einfüllen der Reaktionsflüssigkeit gewährleistet. Zu Beispielen für die geeignete Struktur des Füllochs gehören ein Fülldurchgang an der Seitenfläche des Reaktorkörpers, der nach Einfüllen der Flüssigkeit wärmeversiegelbar ist; ein abdichtbares Einwegventil, das nur das Flüssigkeitseinfüllen ermöglicht; und ein Gummistopfen zum Einfüllen der Flüssigkeit mit einer Injektionsnadel, der den flüssigkeitsdichten Zustand nach Entfernen der Nadel wieder herstellen kann.

Die Reaktionskammer ist in einer Wärmeübertragungsfläche des Reaktorkörpers so ausgebildet, daß die Reaktionskammer in direkte Berührung mit einer festen temperatursteuernden Oberfläche gebracht wird. Der mit der festen temperatursteuernden Oberfläche in Berührung zu bringende Abschnitt kann auf der Kammeröffnungsseite oder auf der Reaktorkörperseite ohne Kammeröffnung liegen. Die Wärmeübertragungsfläche kann auf einer Seite des Reaktorkörpers oder auf beiden Seiten des Reaktorkörpers vorgesehen sein, um mit den festen temperatursteuernden Oberflächen in Berührung gebracht zu werden, die in einem Paar auf beiden Seiten eines Transportwegs vorgesehen sind. Die Wärmeübertragungsfläche ist so gestaltet, daß sie ausreicht, die Wärme zwischen der festen temperatursteuernden Oberfläche und dem gesamten Reaktorkörper schnell zu übertragen. Die Größe der mit der festen temperatursteuernden Quelle in Berührung zu bringenden Wärmeübertragungsfläche ist nicht speziell beschränkt. Gewöhnlich wird eine gesamte Seite des Reaktorkörpers oder eine begrenzte Fläche um die Reaktionskammer in Seitenberührung mit der festen temperatursteuernden Oberfläche gebracht.

Im folgenden wird das Merkmal der Thermozyklusreaktionsvorrichtung der Erfindung beschrieben. Die Thermozyklusreaktionsvorrichtung verfügt über einen Reaktorkörper, der aus einer dünnen Platte aus wärmeleitendem Material gebildet ist, die einen Hohlraum mit mindestens einer durch eine Dichtungsbahn abgedichteten Öffnung auf einer Oberfläche des Reaktors hat, wobei der Reaktorkörper durch ein Transporthilfsteil gestützt wird; einen Transportweg zum Führen des Reaktors; mehrere temperatursteuernde Blöcke, die voneinander getrennt plaziert sind, um keine Wärmewechselwirkung auf dem Transportweg zu verursachen und jeweils eine feste temperatursteuernde Oberfläche mit einer vorgeschriebenen Flächengröße haben, die mit dem Reaktor in Berührung zu bringen ist; eine temperatursteuernde Einrichtung zum Halten der temperatursteuernden Oberflächen der temperatursteuernden Blöcke auf jeweils vorgeschriebenen Temperaturen; und eine Antriebseinrichtung zum Transportieren und Anhalten des Reaktors, damit er mit jeder der festen temperatursteuernden Oberflächen der temperatursteuernden Blöcke in einer vorbestimmten Reihenfolge wiederholt in Berührung kommt.

Als Zusatzmerkmal kann die Thermozyklusreaktionsvorrichtung der Erfindung ferner eine optische Erfassungseinrichtung zum optischen Erfassen der Änderung in der Reaktionskammer, z. B. eines Grads des Reaktionsfortschritts, durch die o. g. transparente Dichtungsbahn aufweisen, indem der Reaktor an einer anderen Position als den Positionen der temperatursteuernden Blöcke angehalten wird. Mit diesem Aufbau ermöglicht die optische Erfassungseinrichtung die Überwachung des zeitlichen Reaktionsfortschritts oder die optische Messung des Zustands des Reaktionsgemischs nach dem Reaktionsende.

Die optische Erfassungseinrichtung zum optischen Erfassen der Änderung in der Reaktionsflüssigkeit weist eine bekannte herkömmliche optische Einrichtung auf, z. B. jene, die durch einen Halbspiegel reflektiertes Licht in die Reaktionskammer leitet und das aus der Kammer reflektierte Licht durch den Halbspiegel visuell oder durch eine Lichtempfangseinrichtung wie einen optischen Sensor oder eine Bildaufnahmeeinrichtung, z. B. eine Videokamera, beobachtet, ist aber nicht darauf beschränkt.

Der Transportweg zum Führen der Bewegung des Reaktors in der Vorrichtung mit diesem Aufbau ist normalerweise ein linearer Weg zum linearen Hin- und Herfördern des Reaktors durch Verwendung eines solchen Geräts wie einer Führungsschiene und einer Führungswalze. Ansonsten kann der Förderweg auch ein kreisförmiger oder bogenförmiger Weg zum Drehen des Reaktors um eine Achse sein, indem ein Transporthilfsteil vom Rotortyp oder Trommeltyp zum Einsatz kommt.

Die feste temperatursteuernde Oberfläche der o. g. Vorrichtung ist als Oberfläche des temperatursteuernden Blocks so ausgebildet, daß sie mit der auf einer oder beiden Seiten des Reaktors vorgesehenen Wärmeübertragungsfläche in Berührung kommt. In ihrer Form ist die temperatursteuernde Oberfläche nicht eingeschränkt und kann eine ebene, gewölbte, gefurchte oder jede andere Form haben, sofern die Oberfläche in enge Berührung mit der Wärmeübertragungsfläche kommen kann. Das Material für den temperatursteuernden Block weist Metalle, Kunststoffe, Gummis, Keramikmaterialien u. ä. auf und ist nicht speziell eingeschränkt. Allerdings sind das Material und die Struktur bevorzugt, die eine ausreichende Wärmekapazität haben, um eine große Temperaturänderung durch Wärmetausch bei Berührung mit dem Reaktor zu vermeiden. Die festen temperatursteuernden Oberflächen sind getrennt, um keine Wärmewechselwirkung miteinander zu haben. Dazu kann der Abstand zwischen den Oberflächen größer gehalten werden, oder eine wärmedämmende Platte kann zwischen den temperatursteuernden Blöcken vorgesehen sein. Zur Gewährleistung einer engen Berührung zwischen der festen temperatursteuernden Oberfläche des temperatursteuernden Blocks und dem Reaktor und zum Gewährleisten eines gleichmäßigen Transports des Reaktors ist vorzugsweise ein bestimmter Spalt zwischen dem Reaktor und der festen temperatursteuernden Oberfläche beim Transport des Reaktors vorgesehen, und der Reaktor wird beim Anhalten durch eine Andrückeinrichtung an die feste temperatursteuernde Oberfläche geschoben, z. B. einen Zylindermechanismus. Die temperatursteuernden Blöcke sind auf einer Seite des Transportwegs plaziert, wenn der Reaktor auf einer Seite mit ihnen in Berührung gebracht wird, oder paarweise auf beiden Seiten des Transportwegs plaziert, wenn der Reaktor auf beiden Seiten mit ihnen in Berührung gebracht wird.

Die temperatursteuernde Einrichtung kann jede Art von Elektroheizer, Zirkulation eines flüssigen Erwärmungsmediums u. ä. sein. Von diesen ist der Elektroheizer in seiner Einfachheit und zur Verkleinerung der Vorrichtung bevorzugt. Die Temperatursteuerung kann so durchgeführt werden, daß eine beabsichtigte Konstanttemperatur unter Verwendung eines Sensors, z. B. eines Wärmesensors, durch Ein-Aus-Steuerung der Heizquelle aufrechterhalten wird.

Die Antriebseinrichtung zum Transportieren des Reaktors kann z. B. aus einer Kombination von Geräten aufgebaut sein, die aufweisen: ein Transportgerät, z. B. eine Walze zum Transportieren des Reaktors auf dem durch das Führungsgerät gebildeten Transportweg; ein Antriebsgerät zum Antreiben des Transportgeräts, z. B. eine Walze zu seinem Antreiben und Anhalten, um den Reaktor zu transportieren und an den vorgeschriebenen Positionen anzuhalten; und ein Antriebssteuergerät zum Steuern des Antriebs gemäß einem vorgeschriebenen Schritten folgenden Folgesteuerprogramm o. ä. Die Thermozyklusreaktion kann durch Einsatz einer MPU (Mikroprozessoreinheit:) für die Antriebssteuereinrichtung automatisiert und mechanisiert sein.

Beschreibungsgemäß ist die Thermozyklusreaktionsvorrichtung der Erfindung für PCR- oder ähnliche Reaktionen von Nutzen. Insbesondere sind die erste, zweite und dritte feste temperatursteuernde Oberfläche vorgesehen. Die erste temperatursteuernde Oberfläche wird auf einer Dissoziationstemperatur (oder Denaturierungstemperatur) für eine DNA mit einer DNA-Zielsequenz gehalten, um die doppelsträngige DNA zu einer einzelsträngigen DNA zu dissoziieren. Die zweite temperatursteuernde Oberfläche wird auf einer Wärmekopplungstemperatur für die einzelsträngige DNA gehalten, um einen normal gerichteten Primer und einen rückwärtig gerichteten Primer durch Wärme daran anzukoppeln. Die dritte temperatursteuernde Oberfläche wird auf einer Temperatur zur komplementären DNA-Synthese gehalten, um die DNA komplementär zur einsträngigen DNA sequentiell zu vermehren. Die Transporteinrichtung ist so aufgebaut, daß sie den Reaktor intermittierend zur ersten, zweiten und dritten festen temperatursteuernden Oberfläche transportiert. Dieser Zyklus von Schritten wird mehrfach wiederholt. Dadurch läßt sich die PCR leicht und sicher durchführen.

Die erfindungsgemäß durchgeführte PCR ist nicht auf den o. g. Reaktionstyp beschränkt. Verschiedene Modifikationen der PCR lassen sich mit der Thermozyklusreaktionsvorrichtung und dem Reaktor der Erfindung durchführen. Beispielsweise kann eine PCR mit zwei Temperaturen, d. h. eine vereinfachte PCR, bei der das Wärmekoppeln der Primer und die Synthese durch DNA-Polymerase bei der gleichen Temperatur durchgeführt werden und die Denaturation bei einer höheren Temperatur erfolgt, durch Anordnen von temperatursteuernden Blöcken entsprechend den jeweiligen Temperaturen mit dem Verfahren und dem Reaktor der Erfindung durchgeführt werden.

Andere Thermozyklusreaktionen als die PCR, z. B. die zuvor erwähnte enzymatische Zyklusreaktion (JP-A-62-12986) lassen sich mit dem Reaktor und der Thermozyklusreaktionsvorrichtung der Erfindung durchführen.

Erfindungsgemäß wird die Reaktionsflüssigkeit, die in der Reaktionskammer abgedichtet ist, die in Dickenrichtung einer dünnen Platte ausgebildet ist, nacheinander mit den Oberflächen mehrerer temperatursteuernder Blöcke in Berührung gebracht, die auf vorgeschriebenen Temperaturen gehalten werden, und durch diese Berührung wird die Temperatur der Reaktionsflüssigkeit durch die festen Oberflächen der temperatursteuernden Blöcke genau gesteuert.

Im folgenden wird die typische Thermozyklusreaktionsvorrichtung zur PCR anhand der Zeichnungen erläutert.

Fig. 1A bis 1C zeigen schematisch den für eine Thermozyklusreaktion verwendeten Reaktor der Erfindung. Fig. 1A ist eine Draufsicht, Fig. 1B ist eine Schnittansicht durch den Reaktor an der Linie A-A in Fig. 1A, und Fig. 1C ist eine vergrößerte Schnittansicht des Abschnitts B in Fig. 1B.

In den Zeichnungen verfügt der Reaktor 1 über ein Transporthilfsteil 2, das aus einem wärmedämmenden Acrylharz in Form einer rechtwinkligen Platte hergestellt ist, und einen Reaktorkörper 3, der aus wärmeleitendem Aluminium in Form einer rechtwinkligen Platte hergestellt auf ein Durchgangsloch 201 des Transporthilfsteils 2 aufgepaßt ist. Das ebene rechtwinklige Durchgangsloch 201 ist an einer Position ausgebildet, die in Längenrichtung (seitlich in Fig. 1) von der Mitte des Teils (nach rechts in Fig. 1) abweicht, wo der Reaktorkörper 3 aufgepaßt ist. In diesem Beispiel hat der Reaktorkörper 3 drei unabhängige Reaktionskammern 301 in Form einer runden Aussparung mit Grund (flachem Grund) (Leerraum). Die eine Seite des Reaktorkörpers 3 ist mit einer Dichtungsbahn 302 vollständig abgedeckt, die aus einem transparenten wärmebeständigen Polyethylen hergestellt ist, um die Reaktionskammern 301 abzudichten. In diesem Beispiel ist das Transporthilfsteil 2 des Reaktors 1 130 mm lang, 85 mm breit und 1,5 mm dick; der Reaktorkörper 3 ist 25 mm lang, 70 mm breit und 1,5 mm dick; und die Reaktionskammer 301 hat 8 mm Radius, 1 min Tiefe und ein kleines Volumen von 0,2 ml.

In diesem Beispiel wird die Reaktionsflüssigkeit in die Reaktionskammern 301 des dünnen Plattenreaktors 1 eingefüllt, wonach die Dichtungsbahn 302 darauf plaziert und wärmeversiegelt wird, um die Reaktionsflüssigkeit einzuschließen.

Fig. 2 bis 4 zeigen schematisch ein Beispiel für eine Thermozyklusreaktionsvorrichtung. Auf einer Seitenfläche eines Gehäuses 5 in flacher Kastenform sind ein schlitzförmiges Tor 501 und eine Torführung 502 in vorbestimmter Höhe zum Einführen und Entfernen eines Reaktors vorgesehen. Nahe der zur Torführung 502 gegenüberliegenden Innenwand ist eine vordere Führung 503 in gleicher Höhe wie die Torführung 502 vorgesehen. Zwischen der Torführung 502 und der vorderen Führung 503 sind eine Antriebswalze 504 sowie angetriebene Walzen 505, 506 in vorgeschriebenen Abständen plaziert. Gemäß Fig. 4 können die Walzen 504, 505, 506 durch Riemenscheiben 5041, 5051, 5061, die an jeweiligen Enden der Walzenachsen vorgesehen sind, und über die Riemenscheiben gelegte Riemen 507, 508 gedreht werden, die durch einen Motor 509 synchron angetrieben werden. Der Innenraum wird mit einem Lüfter 510 belüftet.

Vier Haltepositionen 410, 420, 430 und 440 (siehe Fig. 5) sind entlang der Transportrichtung des waagerechten linearen Transportwegs eingestellt, der durch die drei Walzen 504, 505, 506, die Torführung 502 und die vordere Führung 503 gebildet ist. In diesem Beispiel ist nacheinander von rechts in Fig. 2 folgendes plaziert: ein erster temperatursteuernder Block 6 (Position 410), ein zweiter temperatursteuernder Block 7 (Position 420) und eine offene dritte Halteposition 430 zwischen Block 7 und einem dritten temperatursteuernden Block 8. Die Blöcke 6, 7 und 8 sind an der ersten, zweiten und vierten Halteposition auf der Oberseite des Transportwegs angeordnet, und ein optischer Detektor ist über der dritten Halteposition plaziert, um die Änderung in der Reaktionskammer zu messen. Die temperatursteuernden Einrichtungen 6 bis 8 sind jeweils durch einen Aluminiumblock (62, 72, 82) und darin eingebettete Elektroheizer (63, 73, 83) gebildet wobei sich ein Heizer in jedem Block befindet.

Die Unterseiten der temperatursteuernden Blöcke 6, 7, 8 bilden feste temperatursteuernde Oberflächen 61, 71, 81, die zur Berührung mit der Oberseite des Reaktors 1 ausgebildet sind, um die Reaktionsflüssigkeit auf einer vorgeschriebenen Temperatur in der Reaktionskammer 301 des Reaktors zu halten, der in Berührung mit dem Block angehalten ist. Um eine enge Berührung zwischen der temperatursteuernden Oberfläche und dem Reaktor zu erreichen, kann dem temperatursteuernden Block ein geringes Spiel in senkrechter Richtung verliehen sein, oder eine abwärtsgerichtete Federkraft kann auf den temperatursteuernden Block ausgeübt sein, um ihn an den Reaktor zu drücken, oder es kann ein senkrecht gerichteter Andrückmechanismus für eine oder beide dieser Komponenten vorgesehen sein. In gezeigten Beispiel haben die temperatursteuernden Blöcke einen Abstand von mindestens 10 mm, um Wärmewechselwirkung zwischen den Blöcken zu vermeiden.

Die Temperatur der festen temperatursteuernden Oberfläche läßt sich durch ein herkömmliches Verfahren auf einen vorgeschriebenen Wert steuern. In diesem Beispiel sind Elektroheizer (63, 73, 83) in die temperatursteuernden Blöcke (62, 72, 82) eingebaut, und die Heizer werden je nach der durch einen Sensor (64, 74, 84) erfaßten Temperatur ein- und ausgeschaltet.

Der an der dritten Halteposition (430) vorgesehene optische Detektor 10 verfügt über eine Lichtquelle 101, einen Halbspiegel 102, eine Linse 103 und ein spektrometrisches Filter 104. Mit diesem optischen Detektor läßt sich der Grad des Reaktionsfortschritts in der Reaktionsflüssigkeit in der Kammer visuell im Zeitverlauf überwachen.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels für den Betrieb der Thermozyklusreaktion mit dieser Vorrichtung. In Fig. 5 ist der Einfachheit halber nur der Reaktorkörper 3 der Reaktoranordnung gezeigt.

In diesem Beispiel wird der Reaktor 1 in Seitenberührung mit der ersten temperatursteuernden Einrichtung 6 gebracht, bei der es sich um einen Block 62 mit einer festen temperatursteuernden Oberfläche 61 handelt, die auf einer Temperatur t&sub2; (90ºC) gehalten wird (Schritt 1 - Position 410 in Fig. 5). Danach wird der Reaktor 1 in Seitenberührung mit der zweiten temperatursteuernden Einrichtung 7 gebracht, die ein Block 72 mit einer festen temperatursteuernden Oberfläche 71 ist, die auf Raumtemperatur t&sub1; gehalten wird (Schritt 2 - Position 420 in Fig. 5). Als nächstes wird der Reaktor 1 in Seitenberührung mit der dritten temperatursteuernden Einrichtung 8 gebracht, die ein Block 82 mit einer festen temperatursteuernden Oberfläche 81 ist, die auf einer Temperatur t&sub1; (60ºC) gehalten wird (Schritt 3 - Position 440 in Fig. 5). Dieser Zyklus aus den Schritten 1 bis 3 wird N mal wiederholt. Nach Abschluß der N Zyklen wird der Reaktor 1 an der Erfassungsposition 430 angehalten, und die optische Erfassung wird durchgeführt.

Mit dieser Reaktionsvorrichtung wird der Reaktor 1 nacheinander zu den mehreren temperatursteuernden Einrichtungen 6, 7, 8 nach einem vorgeschriebenen Folgesteuerprogramm (z. B. zur Zeitsteuerung) gemäß (a) in Fig. 5 transportiert. Dadurch läßt sich die Temperatur der Reaktionsflüssigkeit problemlos und schnell in einen anderen Temperaturzustand ändern und auf dieser Temperatur für eine vorgeschriebene Zeit halten, und die Temperatur der Reaktionsflüssigkeit kann vorteilhaft mit hoher Genauigkeit stabil gesteuert werden.

Nach Abschluß der Reaktionszyklen oder bei Bedarf während der Reaktionszyklen kann der Reaktionsfortschritt auf einfache Weise an der dritten Halteposition 430 gemäß (b) in Fig. 5 optisch gemessen werden.

Die Thermozyklusreaktionsvorrichtung und der Reaktor dafür haben die folgenden Vorteile:

(1) Die Temperatur der Reaktionsflüssigkeit läßt sich zwischen mehreren vorgeschriebenen Temperaturen schnell ändern, wodurch die Zeit der wiederholten Zyklusreaktion verkürzt werden kann.

(2) Die Temperatur in den Reaktionskammern kann insgesamt gleichmäßig gemacht werden, und Schwankungen zwischen den Proben werden verringert.

(3) Die Temperatur der Reaktionsflüssigkeit kann auf eine vorgeschriebene Temperatur ohne Überschießen angehoben oder abgesenkt werden, wodurch die Nachlaufsteuerung erleichtert sein oder entfallen kann, und die Reaktionsflüssigkeit läßt sich leicht so steuern, daß sie eine vorgeschriebene Temperatur für eine vorgeschriebene Zeit mit höherer Genauigkeit hat, um eine stabile Steuerung der Reaktion zu gewährleisten.

(4) Der kleine Reaktor, der eine kleine Menge einer Reaktionsflüssigkeit enthält, ermöglicht die Verkleinerung der Temperatursteuerung und die Verkleinerung der gesamten Vorrichtung.

(5) In der PCR-Praxis kann das Vorwärmen im wesentlichen entfallen, was die Reaktionszeit verkürzt, und ferner ermöglicht ein Vorabeinbau einer interkalierenden fluoreszierenden Substanz in die Reaktionsflüssigkeit vor der PCR die Überwachung des Amplifikationsgrads, wobei die Reaktionskammer vollständig abgedichtet ist.

Die Erfindung betrifft einen Reaktor für eine Thermozyklusreaktion, der auf einem Transportweg transportiert wird, der mehrere darauf befestigte und getrennte temperatursteuernde Blöcke mit jeweils einer festen temperatursteuernden Oberfläche mit einer vorgeschriebenen Flächengröße und einer gesteuerten Temperatur hat, um nacheinander die temperatursteuernden Blöcke in einer vorbestimmten Reihenfolge wiederholt zu berühren; wobei der Reaktor aufweist: einen Reaktorkörper in Form einer dünnen Platte mit einer Wärmeübertragungsfläche auf mindestens einer Seite der dünnen Platte, die in Seitenberührung mit den jeweiligen temperatursteuernden Oberflächen zu bringen ist, und mit einem Hohlraum mit einem kleinen Volumen als Reaktionskammer in der Dicke der dünnen Platte mit einer Öffnung auf einer Seite oder beiden Seiten der dünnen Platte; und eine wärmebeständige Dichtungsbahn zum Abdichten der Reaktionskammer durch Abdecken der Öffnung der Kammer.

Die Dichtungsbahn ist vorzugsweise eine wärmebeständige transparente Bahn, die ein transparentes Fenster zum optischen Erfassen einer Änderung in der Reaktionskammer von außen bildet.

Der Reaktor weist ein Transporthilfsteil auf, das aus einem schlecht wärmeleitenden Material besteht, und der Reaktorkörper sowie das Transporthilfsteil sind insgesamt in einer dünnen Plattenform ausgebildet.

Der Reaktor kann ein abdichtbares Flüssigkeitseinfülloch zum Einfüllen der Reaktionsflüssigkeit in die Reaktionskammer haben.

Vorzugsweise hat der Reaktor die Form einer dünnen Platte mit einer Dicke im Bereich von 0,2 bis 3 mm.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Thermozyklusvorrichtung, die aufweist: einen zuvor beschriebenen Reaktor; einen Transportweg zum Führen des Reaktors; mehrere temperatursteuernde Blöcke, die voneinander getrennt plaziert sind, um keine Wärmewechselwirkung auf dem Transportweg zu verursachen, und jeweils eine feste temperatursteuernde Oberfläche mit einer vorgeschriebenen Flächengröße haben, um mit dem Reaktor in Berührung gebracht zu werden; eine temperatursteuernde Einrichtung zum Halten der temperatursteuernden Oberflächen der temperatursteuernden Blöcke auf jeweils vorgeschriebenen Temperaturen; und eine Antriebseinrichtung zum Transportieren und Anhalten des Reaktors, damit er mit jeder der festen temperatursteuernden Oberflächen der temperatursteuernden Blöcke in einer vorbestimmten Reihenfolge wiederholt in Berührung kommt.

Vorzugsweise kommt eine transparente wärmebeständige Bahn zum Abdichten des Reaktors zum Einsatz; eine Halteposition für den Reaktor ist vorzugsweise getrennt von den Positionen der temperatursteuernden Blöcke auf dem Transportweg vorgesehen; und eine optische Erfassungseinrichtung ist vorzugsweise zum optischen Erfassen einer Änderung im abgedichteten Reaktor von außen durch die Dichtungsbahn vorgesehen.

Vorzugsweise sind die mehreren temperatursteuernden Blöcke auf dem Transportweg in einer Linie getrennt plaziert.

In einer bevorzugten Form der Erfindung dient die Thermozyklusreaktionsvorrichtung zur Verwendung bei der PCR, wobei ein erster bis dritter temperatursteuernder Block vorgesehen sind, der erste temperatursteuernde Block eine feste erste temperatursteuernde Oberfläche hat, die auf einer Dissoziationstemperatur (oder Denaturierungstemperatur) für eine DNA mit einer DNA-Zielsequenz gehalten wird, um die doppelsträngige DNA zu einer einzelsträngigen DNA zu dissoziieren, der zweite temperatursteuernde Block eine feste zweite temperatursteuernde Oberfläche hat, die auf einer Wärmekopplungstemperatur für die einzelsträngige DNA gehalten wird, um einen normal gerichteten Primer und einen rückwärtig gerichteten Primer daran durch Wärme anzukoppeln, und der dritte temperatursteuernde Block eine feste dritte temperatursteuernde Oberfläche hat, die auf einer Temperatur zur komplementären DNA-Synthese gehalten wird, um die DNA komplementär zur einsträngigen DNA sequentiell zu vermehren; und die Transporteinrichtung so aufgebaut ist, daß sie den Reaktor intermittierend zur ersten, zweiten und dritten festen temperatursteuernden Oberfläche transportiert und diesen Zyklus mehrfach wiederholt.


Anspruch[de]

1. Reaktor für eine Thermozyklusreaktion mit einem Reaktorkörper (3) in Form einer dünnen Platte mit einer Wärmeübertragungsfläche auf mindestens einer Seite der dünnen Platte, die geeignet ist, in Seitenberührung mit temperatursteuernden Oberflächen gebracht zu werden, und mit einem oder mehreren Hohlräumen (301) mit einem kleinen Volumen als Reaktionskammer in der Dicke der dünnen Platte, wobei der Hohlraum eine Öffnung auf einer Seite oder beiden Seiten der dünnen Platte hat; und einer wärmebeständigen Dichtungsbahn (302) zum Abdichten der Reaktionskammer durch Abdecken der Öffnung der Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkörper (3) durch ein dünnes Transporthilfsteil (2) gestützt wird, das aus Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit besteht, so daß der Reaktorkörper (3) und das Transporthilfsteil (2) die Form einer dünnen Platte haben.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung für den Reaktor eine transparente wärmebeständige Bahn (302) aufweist.

3. Reaktor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Platte eine Dicke von 0,2 bis 3 mm hat.

4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor ein abdichtbares Loch zum Einleiten von Flüssigkeit in die Reaktionskammer hat.

5. Vorrichtung zum Durchführen einer Thermozyklusreaktion mit einem Reaktor (1) mit einem Reaktorkörper (3) in Form einer dünnen Platte, die eine Wärmeübertragungsfläche auf mindestens einer Seite hat, wobei der Reaktorkörper mindestens einen Hohlraum (301) in der Dicke der Platte bildet, wobei der Hohlraum eine Reaktionskammer bildet, die eine Öffnung in einer oder beiden Seiten der dünnen Platte und eine wärmebeständige Dichtungseinrichtung (302) zum Abdichten der Öffnung hat, Einrichtungen (501, 502, 503), die einen Transportweg für den Reaktor bilden, mehreren Einrichtungen (6, 7, 8) zum Steuern der Temperatur des Reaktorkörpers (1), die auf dem Transportweg beabstandet sind, Einrichtungen (504, 505, 506, 5041, 5051, 5061, 507, 508, 509) zum Bewegen des Reaktors (1) auf dem Transportweg und nacheinander in Wärmetauschbeziehung mit den temperatursteuernden Einrichtungen, und Einrichtungen (63, 73, 83) zum Steuern der Temperatur der temperatursteuernden Einrichtungen (6, 7, 8), wobei der Reaktor ein Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Einrichtung (10) zum Beobachten des Inhalts der Reaktionskammer vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die temperatursteuernden Einrichtungen Blöcke (62, 72, 82) sind und der Reaktor (1) in Wärmeleitberührung mit ihnen gebracht wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Steuern der Temperatur der temperatursteuernden Einrichtungen (6, 7, 8) Heizer (63, 73, 83) und Sensoren (64, 74, 84) aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Transportweg und die Einrichtungen zum Bewegen des Reaktors auf dem Transportweg vorsehen: Wärmefluß-Haltepositionen gegenüber den temperatursteuernden Einrichtungen, wobei an dieser Stelle der Reaktorkörper durch die temperatursteuernden Einrichtungen an dieser Halteposition erwärmt oder abgekühlt werden kann, sowie eine oder mehrere Beobachtungs-Haltepositionen, die von den temperatursteuernden Einrichtungen beabstandet sind und an denen eine optische Beobachtungseinrichtung zum Beobachten des Inhalts der Reaktionskammer im Reaktorkörper vorgesehen ist, wenn er sich an den Beobachtungs-Haltepositionen befindet.

10. Verfahren zur Durchführung einer PCR-Reaktion, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste, zweite und dritte temperatursteuernde Oberfläche (61, 71, 81) vorgesehen sind, die erste temperatursteuernde Oberfläche (61) auf einer Dissoziationstemperatur (oder Denaturierungstemperatur) für eine DNA mit einer DNA-Zielsequenz gehalten wird, um die doppelsträngige DNA zu einer einzelsträngigen DNA zu dissoziieren, die zweite temperatursteuernde Oberfläche (71) auf einer Wärmekopplungstemperatur für die einzelsträngige DNA gehalten wird, um einen normal gerichteten Primer und einen rückwärtig gerichteten Primer daran durch Wärme anzukoppeln, und die dritte temperatursteuernde Oberfläche (81) auf einer Temperatur zur komplementären DNA-Synthese gehalten wird, um die DNA komplementär zur einsträngigen DNA sequentiell zu vermehren; sowie durch intermittierendes Transportieren eines Reaktors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in dem der Hohlraum (301) das PCR-Reaktionsgemisch enthält, in Berührung mit der ersten, zweiten und dritten temperatursteuernden Oberfläche und mehrfaches Wiederholen dieses Zyklus.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine vierte Position entfernt von der ersten, zweiten und dritten Oberfläche vorgesehen ist und eine optische Einrichtung zum Beobachten des Inhalts der Reaktionskammer an der vierten Position vorgesehen ist und der Inhalt auf diese Weise beobachtet wird.







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