通过DNA的环介导等温扩增处理的生物样品的现场读取器的制作方法

本发明涉及对通过dna的环介导等温扩增(lamp)处理的生物样品实施现场读取器或即时检测。

背景技术：

1、从广义上讲，现场读取器，被称为poct即“point of care tests(即时检测)”，是一种在能够快速得到结果的条件下用于在紧邻患者的位置、在医学实践中、在药房中、在综合门诊部或医学中心中、在一些医院的急诊部中或实际上在专业实验室中、在医院中或其他地方执行的医学实验室诊断检测。这种检测被设计成由不一定在实验室医学方面受过培训的工作人员(护士、医学助理)进行，或者实际上由患者本人或患者身边的人进行。

2、几年来，现代医学已一直使用聚合酶链式反应技术来使样品中所包含的作为特定目标的dna、即脱氧核糖核酸扩增并检测其存在。

3、聚合酶链式反应被称为pcr，或者实际上，在加拿大，核酸扩增检测是一种用于在体外进行基因扩增的分子生物学方法。

4、常规地，这种方法需要执行一系列高温循环及低温循环，每个循环允许新的扩增步骤。一般而言，这一系列循环持续3小时至5小时，以便具有足够的复制品以允许分析。一般而言，荧光团、即在被较低波长的光激发之后能够发射荧光的化学物质被插入到每个复制品中，以便能够通过来自光源的照明来确保对由荧光团再次发射的光的量和光谱进行检测。执行这种操作需要复杂且昂贵的设备。由于扩增的持续时间相当长，因此这种设备构造成能够同时处理大量样品。

5、已经使用多种方法来优化这种设备的设计，比如在专利us6605813中所描述的方法。

6、eiken公司在2000年的一项发明描述了一种用于dna或rna(核糖核酸)扩增的替代性方法，与所述方法相比，该替代性方法具有以下优点：

7、·允许在恒定温度下扩增，

8、·受益于较短的反应时间，反应时间约为20分钟至45分钟，

9、·潜在地能够和与常规使用的复杂且昂贵的设备相比更简单的设备一起使用。

10、本公开的参考文献如下：tsugunori&okayama,hiroto&masubuchi,harumi&yonekawa,toshihiro&watanabe,keiko&amino,nobuyuki&hase,tetsu.(2000).loop-mediated isothermal amplification of dna(dna的环介导等温扩增).nucleic acidsresearch(核酸研究).28.e63.10.1093/nar/28.12.e63.

11、通过已公开的专利申请us2020063197对用于这种设备的实现方式的原理进行了描述。

12、参照图1，这种设备s包括：加热台s1，加热台s1设置有热源和光源，加热台s1布置成在井状通道s2中接纳多个样品；比色照相机s3，比色照相机s3布置成与加热台s1相对；以及计算机s4，计算机s4布置成容纳有计算机程序产品，这些计算机程序产品包括下述指令：这些指令在由计算机s4执行时用于对照相机s3所产生的数据进行分析。

13、即使设备s可以小型化，但是设备s具有体积仍然庞大并且不是特别适于现场使用的缺点。考虑到用于对设备的结果进行分析的比色照相机的存在，该设备也是昂贵的。

14、由于诊断(病原体的存在或不存在)所需的操作，因此这需要合格的工作人员来使用该设备。

15、本发明提出通过描述一种可以以低成本制造并且易于实现的装置来克服这些限制。

技术实现思路

1、根据本发明的第一方面，提出了一种用于在被接纳于反应管中的待分析的样品上执行并读取环介导等温扩增反应的装置，所述装置包括能够接纳所述反应管的室。

2、反应管能够容纳：

3、·待分析的样品，

4、·代表待检测的病原体或生物特征的dna或rna进行lamp反应所需的试剂。

5、室包括井状通道，该井状通道由以下部分形成：

6、·第一块状件，该第一块状件相对于热是绝缘的，该第一块状件对于光辐射是不透明的，并且该第一块状件被开口于第一块状件的上部部分上的一个端部处以及第一块状件的下部部分的另一端部处的通孔穿透，

7、·第二块状件，该第二块状件传导热并且对于光辐射是不透明的，该第二块状件安置在第一块状件的下方并且也被开口于第二块状件的上部部分上的一个端部处以及第二块状件的下部部分上的另一端部处的通孔穿透，第二块状件的所述孔延续第一块状件的孔，

8、·第三块状件，该第三块状件对于光辐射是不透明的，该第三块状件安置在第二块状件的下方并且也被开口于第三块状件的上部部分上的一个端部处以及第三块状件的下部部分上的另一端部处的通孔穿透，第三块状件的所述孔延续第二块状件的孔，

9、·支承件，该支承件布置在第三块状件下方，该支承件对于光辐射是不透明的，该支承件将开口于第三块状件的下部面上的孔封闭，该支承件与第三块状件一起在第二块状件的基部处限定了下部腔，该下部腔能够接纳反应管的端部部分。

10、室还包括可移除的止挡件，该止挡件由不透明的材料制成并且将开口于第一块状件的上部面上的孔封闭。

11、当反应管被接纳在井状通道中时，止挡件布置成防止外部光辐射经由该止挡件所封闭的孔进入到井状通道中，第二块状件与反应管热接触并且反应管的底部端部部分被接纳在下部腔中。

12、就“相对于热是绝缘的块状件”而论，本发明意指具有小于0.5w/(m.k)的热传导率的块状件。

13、就“不透明”而论，本发明意指下述材料：该材料确保相对于在可见光和近红外光范围中的任何外部光辐射的光学衰减大于3个或4个十倍量级(decade)。

14、就“相对于热是传导的块状件”而论，本发明意指每单位块状件对热具有低热传导率的块状件，即热传导率大于150w/(k.m)的块状件。

15、传导热的块状件可以例如以非限制的方式由铜或铝形成。

16、执行及读取装置还包括：

17、·加热构件，该加热构件与第二块状件热接触并连接至控制器件，

18、·温度传感器，该温度传感器布置成与第二块状件和/或加热构件热接触，所述温度传感器连接至控制及测量器件，

19、·冷却构件，该冷却构件布置成对第二块状件进行冷却并连接至控制器件，

20、·光源，该光源连接至控制器件并布置成发射光通量，该光通量被朝向井状通道的基部引导，即当反应管被接纳在井状通道中时朝向反应管的基部引导，

21、·光通量传感器，该光通量传感器布置成测量一个(或更多个)波长并且定位成接收源自井状通道的基部的光通量，即当反应管被接纳在井状通道中时接收源自反应管的基部的光通量，

22、·计算单元。

23、计算单元构造成：

24、·借助于温度传感器对第二块状件的温度进行测量，

25、·经由加热构件的控制器件对加热构件进行控制，

26、·对冷却构件进行控制(以便降低第二块状件的温度)，

27、·对由光源或多个光源产生的光通量进行控制，

28、·对由光通量传感器接收的光(该光是由通过一个或更多个测光传感器测量的样品再次发射的，并且用以确定待检测的病原体或生物特征是存在还是不存在)的强度进行测量。

29、加热构件可以例如是电阻器。

30、对加热构件的控制——例如由电阻器提供的电功率——具有使与反应管热接触的第二块状件的温度增加并且因此允许对该温度进行调节的效果。

31、对冷却构件的控制具有使与反应管热接触的第二块状件的温度降低并且因此允许对该温度进行调节的效果。

32、根据优选的实施方式，光源由发光二极管形成。

33、根据本发明的第一方面的执行及读取装置还可以包括关于光的、有线类型的或无线类型的通信器件，所述通信器件布置成在计算单元与位于该装置和/或用户外部的装备物件之间传送信息。

34、有利地，当反应管被接纳在井状通道中时，光谱滤波器可以功能性地插置在光源与反应管之间，即当反应管被接纳在井状通道中时插置在光源与待分析的样品之间。因此，光源的发射光谱可以通过光谱滤波器成形以使光源的发射光谱与用于反应的发光体的激发长度一致。

35、仍然有利地，当反应管被接纳在井状通道中时，光谱滤波器可以功能性地插置在反应管与光通量传感器之间，即当反应管被接纳在井状通道中时插置在待分析的样品与光通量传感器之间。

36、光通量传感器可以包括与一个(或更多个)带通滤波器相关联的一个(或更多个)光电二极管。技术效果在于，使滤波器的灵敏度光谱与用于反应的发光体的发射波长一致。根据另一优选的实施方式，光通量传感器是光谱仪类型的。

37、有利地，当反应管被接纳在井状通道中时，光通量传感器布置在反应管的纵向轴线上。

38、根据设想的可能方案，源自光源的光通量垂直于轴线发射并且被朝向反应管的基部引导。技术效果在于，防止源自光源的激发光通量中的相当大部分的激发光通量到达光通量传感器，该光通量传感器的作用是对源自由反应基部发射的荧光的通量进行测量。这提高了信噪比。

39、根据一种可能方案，光源布置在可移除的止挡件中。

40、根据优选的实施方式，处理器、控制器件、测量器件和通信器件被一起组合在位于第三块状件的基部处的单个电子电路上。

41、根据优选的实施方式，所述电子电路还对光源进行支承，所产生的光借助于位于光谱过滤器件之后或之前的光导引件在反应区域附近传导。

42、根据优选的实施方式，该装置包括一个或更多个接触器或触摸键，所述接触器或触摸键使得可以与处理器进行交互，并且例如可以启动扩增序列。

43、室可以包括多个井状通道。因此存在与井状通道一样多的光传感器。可能地，其他器件可以是共享的或不是共享的。例如，根据本发明的装置可以包括一个或更多个冷却构件，或者与井状通道一样多的冷却构件。这同样适用于加热构件。

44、根据本发明的第二方面，提出了一种用于执行并读取环介导等温扩增反应的系统，所述系统包括：

45、·待分析的样品，该样品被接纳在反应管中，

46、·根据本发明的第一方面或该第一方面的改进方案中的一项或更多项的执行及读取装置。

47、样品被接纳在所述装置的井状通道中。

48、根据本发明的第三方面，提出了一种用于在容纳于反应管中的待分析的样品中执行并读取环介导等温扩增反应的方法，所述方法实施根据本发明的第一方面或该第一方面的改进方案中的一项或更多项的装置，所述方法包括通过由所述装置的计算单元产生一个或更多个温度循环来触发并控制环介导等温dna或rna扩增反应的步骤。

49、根据本发明的第四方面，提出了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括使根据本发明的第一方面或该第一方面的改进方案中的一项或更多项的装置对所述执行及读取装置的井状通道中的反应管中所接纳的待分析的样品运行环介导等温扩增反应步骤的指令。

50、根据本发明的第五方面，提出了一种计算机可读取的介质，根据本发明的第四方面的计算机程序储存在该计算机可读取的介质上。