热对流聚合酶连锁反应之方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供以聚合酶连锁反应(PCR)扩增核酸序列之方法及装置。该方法包含将PCR样本置于容器内，该容器仅以单一热源加热，俾于PCR样本底部提供变性反应用之高温，且由PCR样本底部至PCR样本表面渐减之温度梯度诱发热对流，致使炼合反应及延伸反应系于PCR样本之不同区域自动发生。
【专利说明】热对流聚合酶连锁反应之方法及装置
[0001]本申请是发明创造名称为热对流聚合酶连锁反应之方法及装置，国际申请号为PCT/US2009/032008，进入中国国家阶段的国家申请号为200980102901.9，申请日为2009年01月26日的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明系属以聚合酶连锁反应(PCR)扩增核酸序列之领域。更特定而言，本发明系关于热对流PCR之方法及其装置。
【背景技术】
[0003]以聚合酶连锁反应(PCR)扩增特定核酸序列已为成熟技术，且为医学及生物学研究之有力工具。此生化反应过程需要三个主要步骤:「变性反应」、「炼合反应」及「延伸反应」，其各需不同之反应温度。现今商业化之PCR扩增技术所需样本包含欲扩增之模板DNA、与模板DNA各股上特定序列互补之寡核苷酸引子对、热安定性DNA聚合酶、以及脱氧核苷三磷酸(dNTP)。随后藉由反复加热与冷却样本，使样本在三种不同温度间循环，藉以扩增模板DNA核酸序列之特定部分。
[0004]PCR之第一步骤为变性反应，其系将样本加热至高温，俾使双股之模板DNA分离成为单股DNA。第二步骤为炼合反应，其系将样本冷却至较低温度，俾使引子与第一步骤所形成之单股DNA结合，形成DNA与引子之复合物。最后步骤为聚合(延伸)反应，其系将样本维持于适当温度，藉由DNA聚合酶之作用，使DNA与引子之复合物中之引子得以延伸，从而产生与模板DNA各股互补之新单股DNA。每一次由上述三步骤组成之循环可复制两份引子结合位置间之DNA序列。典型地，将包含变性反应、炼合反应及延伸反应等三个温度各异之步骤的PCR循环重复约20至40次，可生产出数百万个标的核酸序列之复制物。
[0005]变性反应之温度典型地系介于90至94°C之范围。炼合反应之温度系依据所用引子之解链温度(melting temperature` ;Tm)而选择,典型地系介于35至65°C之范围。聚合反应之典型温度为72°C，这是由于最常用之DNA聚合酶，即Taq DNA聚合酶(一种萃取自Thermus aquaticus之热安定性DNA聚合酶)，在该温度下活性最佳。由于Taq DNA聚合酶具有广泛之温度范围，因此其亦可使用仅有两个步骤之温度循环，其中聚合温度与炼合温度几乎相同。
[0006]在传统之市售PCR仪器(亦即热循环仪器)中，样本之温度系以热传导方式控制。简言之，令含有PCR样本之反应容器与具有高导热性之固体金属块接触。该金属块与加热及冷却装置相连，使其可改变温度，以达到所需温度。采用该方法之传统PCR仪器通常使用具极高导热性之镀金银块及/或珀耳帖(Peltier)冷却方法，以达成迅速之温度改变。然而，传统之热循环PCR并非有效率之程序，因其尚需花费额外的时间及能源去加热及冷却PCR样本本身以外的物质。此外，由于机器本身精密的特性，因此热循环仪器通常十分昂贵。
[0007]热对流PCR方法系于具有两个温度控制组件之装置上进行PCR(Krishnan，M.等人，2002，Science298:793)。Benett 等人在美国专利第 6，586，233 号(2003 年 7 月 I 日核准)中揭示了热对流PCR(CPCR)之方法及装置，其中由热对流驱动之样本溶液在一侧加热之封闭O形槽内循环流动。Hwang等人在美国专利申请案第10/801，342号(2004年3月15日公开，
【发明者】陈培哲, 陈炳辉, 周文彬, 谢一帆, 叶秀慧 申请人:基亚生物科技股份有限公司