УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО КОНТРОЛЯ В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ МНОЖЕСТВА АМПЛИФИКАЦИЙ НУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2011 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к приборам для качественного и количественного анализа нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), в которых использован метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) в реальном времени. Такие приборы широко используются в медицинской практике и в исследовательских целях:

- при диагностике инфекционных, онкологических и генетических заболеваний человека и животных;

- при анализе продуктов, содержащих генетически модифицированные организмы;

- при мониторинге экспрессии генов с диагностическими и исследовательскими целями и т.д.

Известны способ и устройство, в соответствии с которыми для определения флуоресценции пробирки с реакционной смесью, расположенной в блоке нагревания/охлаждения, использованы волоконно-оптический кабель и спектрофлуориметр (патент США №5994056, кл. С12Р, 001/48; C12N, 015/10, 1999 г.).

Оптическое волокно использовано для ввода излучения возбуждения от источника в пробирку с реакционной смесью и для возврата флуоресценции в детектор (спектрофлуориметр). Детектор измерял величину флуоресценции, при этом для повышения избирательности световой поток возбуждения проходил через фильтр с рабочей длиной волны 500 нм, а световой поток излучения флуоресценции - через фильтр с рабочей длиной волны 570 нм.

Реакция проводилась в полипропиленовой пробирке 0,5 мл, верхняя часть которой срезалась для крепления волоконно-оптического кабеля эпоксидной смолой. Это устройство позволяет осуществлять регистрацию ПЦР-продукта в режиме реального времени, однако обладает рядом существенных недостатков, а именно:

- необходимость срезания верхней части пробирки, ненадежность соединения волоконно-оптического кабеля с реакционной пробиркой приводят к уменьшению точности определения и к неудобствам при эксплуатации;

- устройство обладает низкой производительностью, поскольку использовано только одно оптическое волокно, поэтому одновременно может проводиться только одна ПЦР-реакция.

Известен модуль ПЦР, содержащий устройство термоциклирования и устройство обнаружения сигналов продуктов ПЦР, при этом устройство термоциклирования имеет термический контакт с камерой, содержащей реактивы для ПЦР (патент США №20050164281, кл. G01N 033/48; G06F 019/00; С12М 001/34; C12Q 001/68; G01N 033/50, 2005 г.).

В этом патенте заявлена система, состоящая из множества модулей, но отсутствует техническое решение для объединения модулей в систему.

Известны также устройство для одновременного контроля множества амплификаций нуклеиновой кислоты и способ количественного анализа специфической последовательности нуклеиновой кислоты в пробе (заявка РФ №94030458, опубл. 27.06.96, кл. С12Q, 1/62, с12М, 1/36, фирма Хоффманн-Ля Рош АГ), содержащее устройство для термоциклирования, включающее в себя теплопроводящий элемент, имеющий множество углублений для пробирок с реакционными смесями, и оптическую систему, включающую источник света, оптически связанный с устройством для термоциклирования, и датчик для одновременного детектирования флуоресценции, излучаемой при амплификации из каждой реакционной смеси, одновременно возбужденной световым потоком от источника света.

Оптическая система содержит источник света, дихроичное зеркало, сменные светофильтры, полевую линзу, затвор и датчик для контроля флуоресценции (фотоприемник). Источник света распределяет свет на множество сформированных в устройстве термоциклирования углублений для пробирок с реакционными смесями (например, 0,5 мл пробирок Эппендорфа). Дихроичное зеркало, расположенное над углублениями с пробирками предпочтительно под углом 45°, пропускает свет, имеющий первую длину волны, и отражает свет, имеющий вторую длину волны. Источник света возбуждения и датчик расположены на расстоянии не менее 6-12 дюймов (15-30 см) от теплопроводящего элемента. Авторы этого изобретения признают, что при перемещении источника света ближе к углублениям реакционной смеси интенсивность света возбуждения, которая достигает реакционных смесей, увеличивается, вследствие чего увеличивается интенсивность излучения флуоресценции. Однако приблизить источник света возбуждения и датчик к реакционным пробиркам не удается, поскольку между ними необходимо разместить под углом 45° дихроичное зеркало, которое имеет значительные размеры. При приближении источника света возбуждения увеличивается неравномерность освещения пробирок, на крайние пробирки свет падает под углом по отношению к осям пробирок. При приближении датчика усиливается отрицательное влияние параллакса на изображение флуоресценции.

Недостатками этого известного устройства являются сложность оптической схемы, увеличение ошибки определения флуоресценции за счет неравномерности освещения пробирок и параллакса изображения, а главное - малая чувствительность и необходимость использования большого количества реактивов (стандартные пробирки 0,5 мл).

Последний недостаток определяется значительным расстоянием между источником света возбуждения, датчиком и реакционными пробирками, по этой причине в пробирки попадает малое количество света возбуждения, и малое количество света флуоресценции попадает в датчик.

Большое количество реактивов и большие пробирки, выполненные из полимерного материала, увеличивают тепловую инерционность устройства для термоциклирования и время анализа.

Известны пробирки для ПЦР, которые имеют цилиндрическую и коническую части, заявленные в патенте США №6015534, кл. 422/102, 435/304.100, 215/306, 435/288.100, 220/810, 220/837 B01L 3/00; B01L 7/00; B01L 3/00, 2000 г. Авторы патента использовали традиционную вытянутую форму пробирки, при этом попытались увеличить теплопередачу от теплопроводящего элемента к реакционной смеси путем уменьшения толщины стенки пробирки.

Ближайшим из известных по технической сущности и назначению является устройство для одновременного контроля в реальном масштабе времени множества амплификации нуклеиновой кислоты (патент на изобретение РФ №2304277, МПК G01N 21/63, опубл. 10.08.2007. Бюл. №22).

Известное устройство содержит термоциклер, включающий теплопроводящий элемент 1 (фиг. А) с расположенными в нем углублениями для пробирок 2 с реакционными смесями 3 и крышками пробирок 4, термокрышку 5, снабженную экраном 6, устройство автоматического управления температурным режимом и оптическую систему, включающую источник излучения, коаксиальные волоконно-оптические световоды для передачи света возбуждения от источника 7 и излучения флуоресценции из пробирок 8, разделенные светонепроницаемой втулкой 9, и детектор для детектирования флуоресценции. Центральная передающая свет возбуждения часть световода 7 апертурно согласована с количеством реакционной смеси 3 в пробирках 2, установленных в углублениях теплопроводящего элемента, при этом апертурное согласование центральной части световода с количеством реакционной смеси в пробирке имеет вид

где α - угол светового пучка на выходе из центральной части световода (апертурный угол);

d - диаметр поверхности реакционной смеси;

l - расстояние от торца центральной части световода до реакционной смеси, при этом α=α₁=α₂, где α₁ и α₂ - апертурные углы на входе и выходе осветительной части световода.

В качестве источника излучения используется галогенная лампа с двухлинзовым конденсором, между линзами которого установлены интерференционные светофильтры.

Недостатком этого известного устройства является относительно малое количество света возбуждения, которое определяется малой величиной угла светового пучка на выходе из центральной части световода, падающего на поверхность реакционной смеси. Угол светового пучка значительно уменьшается при небольшом количестве реакционной смеси. В приведенном примере при количестве реакционной смеси 10-100 мкл заявлено соотношение d/l, которое соответствует углу α в пределах от 8 до 25°.

Другим недостатком этого устройства можно признать малый угол принимаемого светового пучка флуоресценции, соизмеримый с углом пучка возбуждения. Чувствительность всего устройства определяется не только количеством света возбуждения, но и количеством излучения флуоресценции, которое попадает в детектор из пробирок через внешнюю собирающую часть световода. Излучение флуоресценции распространяется равномерно во все стороны, при малой величине отношения d/l в детектор поступает только малая часть излучения флуоресценции. Количество света возбуждения и количество света флуоресценции прямым образом определяют чувствительность устройства, которое характеризуется соотношением сигнала к шуму. Низкое отношение сигнала к шуму значительно повышает погрешность количественных измерений. Для достижения приемлемого отношения сигнал/шум приходится значительно увеличивать время наблюдения и реальное количество реакционной смеси.

Недостатки известного устройства вызваны, в частности, применением традиционных реакционных пробирок для ПЦР, которые имеют относительно длинные цилиндрическую и коническую части и выполнены из полимерного материала. Полимерный материал этих пробирок замедляет теплопередачу от теплопроводящего элемента к реакционной смеси, что не позволяет реализовать быстрые термические циклы. При уменьшении количества реакционной смеси резко уменьшается отношение d/l, что приводит к значительной потере чувствительности.

Предлагаемое изобретение решает задачу сокращения времени анализа, повышения чувствительности устройства и уменьшения необходимого для проведения ПЦР количества реакционной смеси.

Указанная задача решается за счет того, что в известном устройстве для одновременного контроля в реальном масштабе времени множества амплификации нуклеиновой кислоты, содержащем термоциклер, включающий теплопроводящий элемент с расположенными в нем углублениями для пробирок с реакционными смесями, термокрышку и устройство автоматического управления температурным режимом, и оптическую систему, включающую источник излучения, коаксиальные волоконно-оптические световоды для передачи света возбуждения от источника и излучения флуоресценции из пробирок и детектор для детектирования флуоресценции, в котором центральная передающая свет возбуждения часть световода апертурно согласована с количеством реакционной смеси в пробирках, установленных в углублениях теплопроводящего элемента, объем пробирок соответствует максимальному объему реакционной смеси, между пробирками и термокрышкой установлена сменная теплоизолирующая перегородка с отверстиями, оси которых совпадают с осями пробирок, а диаметры равны внешнему диаметру световодов для передачи излучения флуоресценции из пробирок, при этом апертурное согласование центральной части световода с количеством реакционной смеси в пробирке имеет вид

l=l₁+l₂ и α=α_м,

где l - расстояние от торца центральной части световода до реакционной смеси;

l₁ - вертикальный размер сменной теплоизолирующей перегородки;

l₂ - расстояние от сменной теплоизолирующей перегородки до реакционной смеси;

α - апертурный угол (угловая апертура) осветительной части световода;

α_м - максимальный апертурный угол осветительной части световода.

При выполнении этих условий обеспечивается минимальное влияние тепловой крышки на температуру реакционной смеси и одновременно независимо от объема реакционной смеси достигается максимальный апертурный угол α_м между крайними лучами конического светового пучка на выходе из центральной части световода, падающего на поверхность реакционной смеси. Достижение максимального апертурного угла обеспечивается путем выбора оптимального вертикального размера перегородки l₁ исходя из реального заполнения пробирок реакционной смесью с учетом параметров d и l₂

где d - диаметр поверхности реакционной смеси.

В цилиндрическом отверстии сменной перегородки расположена трубка из материала, обладающего теплопроводящими свойствами, например из металла, при этом трубка имеет тепловой контакт с термокрышкой.

Пробирки выполнены из теплопроводящего материала, например из металла, обладающего светоотражающими свойствами, и имеют прозрачное полимерное покрытие.

Пробирки могут быть расположены под углом по отношению к вертикальной оси, а дно пробирок может иметь выступ, выполненный, например, в виде обратного конуса.

Пробирки по несколько штук или все вместе объединены в группы, а нижняя поверхность отбортовки пробирок имеет тепловой контакт с теплопроводящим элементом.

Крышки пробирок выполнены в виде самоклеящейся полимерной пленки с насечками и закрыты второй самоклеящейся полимерной пленкой.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены:

на фиг.1 - принципиальная схема заявляемого устройства для одновременного контроля множества амплификаций нуклеиновой кислоты;

на фиг.2 - схема сопряжения одной из множества пробирок с реакционными смесями с коаксиальными волоконно-оптическими световодами заявляемого устройства;

на фиг.3 - схема сопряжения одной из множества пробирок с волоконно-оптическими световодами, в которой в теплоизолирующей перегородке имеется трубка из материала, обладающего теплопроводящими свойствами;

на фиг.4 - схема расположения пробирок под углом к вертикальной оси;

на фиг.5 - схема сопряжения с коаксиальными волоконно-оптическими световодами одной из множества пробирок с реакционными смесями, на дне которой имеется выступ;

на фиг.6 - схема объединения пробирок в группы и герметизации пробирок с помощью двух самоклеящихся полимерных пленок.

Заявленное устройство для одновременного контроля множества амплификаций нуклеиновой кислоты (фиг.1) состоит из амплификатора, включающего в себя устройство для термоциклирования 1 (термоциклер) с секцией проб 2, флуориметрического детектора 3 с источником излучения 4 и приемником излучения 5, микропроцессорного устройства управления 6 и персонального компьютера с программным обеспечением 7.

Флуориметрический детектор 3 состоит из галогенной лампы 8, двух двухлинзовых конденсоров 9 и 10, между линзами которых установлены интерференционные светофильтры возбуждения 11 и эмиссии 12, световодного жгута 13 и многоканального фотоприемника 14. Угол α - апертурный угол на входе осветительной части световода.

Одна из множества пробирок из секции проб 2 изображена в увеличенном виде (фиг.2). Пробирка 15 с отбортовкой 16 и реакционной смесью 17 закрыта крышкой 18 и установлена в углубление теплопроводящего элемента 19 устройства для термоциклирования 1. При этом объем пробирок соответствует максимальному объему реакционной смеси, а между пробиркой 15 и термокрышкой 20 установлена сменная теплоизолирующая перегородка 21. В термокрышке 20 имеются отверстия, в которые вставляются концы коаксиальных волоконно-оптических световодов с центральной 22 и периферийной 23 частями, разделенными светонепроницаемой втулкой 24.

Центральные части световодов 22 используются для передачи света возбуждения от источника излучения 4, а периферийные части 23 - для передачи излучения из пробирок в приемник излучения 5.

Теплоизолирующая перегородка 21 имеет отверстия, оси которых совпадают с осями пробирок, а диаметры равны внешнему диаметру световода для передачи излучения флуоресценции.

Центральная часть световода 22 апертурно согласована с количеством реакционной смеси в пробирке.

Перегородка имеет вертикальный размер l₁, при котором обеспечивается минимальное влияние тепловой крышки на температуру реакционной смеси и одновременно достигается максимальный угол α_м между крайними лучами конического светового пучка на выходе из центральной части световода, падающего на поверхность реакционной смеси.

В предложенном устройстве используется тот факт, что для получения достоверных результатов анализа достаточен объем реакционной смеси в пределах 5-25 мкл. При этом объем пробирок согласован с максимальным объемом реакционной смеси (порядка 30 мкл). По сравнению со стандартными пробирками для ПЦР, имеющими объем 100 или 200 мкл, предлагаемые пробирки имеют значительно меньший объем и меньшую стоимость. Однако основная экономия при использовании устройства достигается за счет уменьшения объема реакционной смеси.

Предлагаемое устройство снабжено набором сменных перегородок 21, вертикальный размер которых выбирается в зависимости от объема реакционной смеси 17. При увеличении объема реакционных смесей и диаметра поверхности реакционной смеси d можно сохранить угол α=α_м путем выбора перегородки большего размера l₁ (фиг.3). В цилиндрическом отверстии сменной перегородки расположена трубка 25 из материала, обладающего теплопроводящими свойствами, например из металла, при этом трубка имеет тепловой контакт с термокрышкой 20. Такое исполнение перегородки позволяет улучшить передачу тепла от термокрышки к крышке пробирки при увеличении количества реакционной смеси и увеличении расстояния l₁.

В предлагаемом устройстве пробирки 15 выполнены из металла, внутренняя поверхность пробирок обладает светоотражающими свойствами и имеет прозрачное полимерное покрытие.

Металлические пробирки обладают теплопроводностью на два порядка выше, чем пробирки из полимерного материала. Дополнительно теплоприток к реакционной смеси обеспечивается за счет отбортовки 16, которая имеет тепловой контакт с теплопроводящим элементом. Этим достигается уменьшение задержки изменения температуры реакционной смеси 17 по отношению к температуре теплопроводящего элемента термоциклера 19.

Поверхность металлических пробирок обладает максимальной отражательной способностью, это качество обеспечивает максимальную передачу сигналов возбуждения и флуоресценции.

Тонкое прозрачное полимерное покрытие незначительно ухудшает тепловые и оптические свойства пробирок, но необходимо для устранения эффекта ингибирования (замедления) ПЦР ионами металлов.

В предлагаемом устройстве пробирки 15 могут быть расположены под углом В по отношению к вертикальной оси (фиг.4). При таком расположении пробирок в устройствах с небольшим количеством конусных пробирок (например, всего 4 пробирки) уменьшаются объем и масса теплопроводящего элемента 19. Поэтому удается дополнительно повысить быстродействие термоциклера и сократить время анализа.

В предлагаемом устройстве дно конических пробирок 15 может иметь выступ, выполненный, например, в виде обратного конуса (фиг.5). Такая конструкция пробирок увеличивает длину пути возбуждающего излучения за счет многократного отражения света (один из лучей света возбуждения показан на фиг.5). Одновременно увеличивается поверхность, которая соприкасается с теплопроводящим элементом термоциклера, при этом улучшается теплопередача.

Пробирки 15 по несколько штук или все вместе могут быть объединены в группы (фиг.6). При объединении пробирок за счет большей площади отбортовки увеличивается поверхность, которая соприкасается с теплопроводящим элементом термоциклера 19, и улучшается теплопередача. Одновременно упрощается установка пробирок в термоциклер.

В предлагаемом устройстве крышки пробирок 18 выполнены в виде самоклеящейся полимерной пленки с насечками. За счет применения полимерной пленки удается упростить герметизацию пробирок. Насечки не нарушают начальную герметичность пробирок, но дают возможность вводить пробы с помощью пипетки с наконечником.

В предлагаемом устройстве крышки пробирок закрыты второй самоклеящейся полимерной пленкой 26. Использование полимерной пленки дает возможность повторной герметизации пробирок после ввода проб.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Множество пробирок 15 (фиг.2), каждая из которых содержит реакционную смесь 17 с набором химических реагентов и фрагментом нуклеиновой кислоты, герметично закрывают крышками 18 и помещают в углубления теплопроводящего элемента 19 термоциклера, при этом нижняя поверхность отбортовки 16 пробирок имеет тепловой контакт с теплопроводящим элементом 19. Термокрышка 20 с помощью сменной теплоизолирующей перегородки 21, ограничивающей объем воздуха над пробиркой, обеспечивает дополнительный подогрев крышки пробирки и предотвращает оседание на ней капелек воды. Температурный цикл термоциклера задается устройством автоматического управления температурным режимом.

Источник излучения 4 через центральный волоконно-оптический световод 22 с диаметром d₁ передает свет возбуждения в пробирку. Внешний волоконно-оптический световод 23 с диаметром d₂ передает излучение флуоресценции из пробирок в детектор для детектирования флуоресценции.

С каждым температурным циклом количество исследуемых фрагментов нуклеиновой кислоты увеличивается приблизительно в 2 раза. Пропорционально увеличиваются сигналы на выходе детектора флуоресценции. После выполнения до 40 температурных циклов интенсивность сигналов достаточна для получения результатов анализов. Сокращение времени анализа, повышение чувствительности устройства и уменьшение необходимого для проведения ПЦР количества реакционной смеси достигается за счет оптимизации конструкции устройства. Время анализа определяется в основном быстродействием термоциклера, а чувствительность устройства и необходимое для проведения ПЦР количество реакционной смеси зависят от количественных показателей и способа передачи света возбуждения от источника и излучения флуоресценции из пробирок в детектор. Все эти параметры устройства взаимосвязаны, т.к. меньшее количество реакционной смеси позволяет повысить быстродействие термоциклера и всего устройства.

В заявляемом устройстве апертурное согласование центральной части световода с количеством реакционной смеси в пробирке имеет вид

Формула (1) учитывает особенность предлагаемой конструкции, а именно, что торец световода не соприкасается с крышкой пробирки и размер l₁ не равен нулю.

При выборе величины максимального апертурного угла α_м учитываются ограничения, которые возникают при реализации остальных элементов оптической системы: световодов, линз, светофильтров и др. Согласно формуле (2) угол α_м целесообразно выбирать равным максимально достижимому апертурному углу α на входе осветительной части световода (фиг.1).

Сменная теплоизолирующая перегородка 21 позволяет оптимизировать расстояние l от поверхности реакционной смеси 17 до торцевых поверхностей световодов, выбрать и поддерживать максимально возможную величину апертурного угла α_м светового пучка на выходе из центральной части световода при различных объемах реакционной смеси.

На основании экспериментальных данных в соответствии с фиг.2 выведена зависимость для выбора вертикального размера сменной перегородки l₁ исходя из реального заполнения пробирок реакционной смесью с учетом параметров d и l₂

Для конкретной пробирки при изменении объема реакционной смеси одновременно изменяется диаметр поверхности реакционной смеси d и расстояние от сменной теплоизолирующей перегородки до реакционной смеси l₂. Формула (3) подтверждает тот факт, что для достижения максимального апертурного угла α_м можно выбрать оптимальный вертикальный размер перегородки l₁, который учитывает через параметры d и l₂ форму пробирки, ее объем и объем реакционной смеси.

Интенсивность света возбуждения, воздействующего на реакционную смесь, пропорциональна квадрату апертурного угла осветительной части световода на выходе из центральной части световода. Одновременно интенсивность света флуоресценции, передаваемой из пробирок в детектор, пропорциональна квадрату апертурного угла на входе в периферийную часть световода. Если принять апертурные углы двух частей световода равными, то при увеличении угловых апертур в 2 раза интенсивность света флуоресценции на входе приемника возрастет в 16 раз.

Интенсивность флуоресценции на входе приемника линейно зависит от количества пробы. При увеличенном апертурном угле появляется возможность значительно уменьшить объем реакционной смеси. Для поддержания максимального апертурного угла при уменьшенном объеме реакционной смеси устанавливают сменную теплоизолирующую перегородку 21 уменьшенного вертикального размера (фиг.2).

При увеличенном объеме реакционной смеси устанавливают сменную теплоизолирующую перегородку 21 с металлической трубкой 25, имеющей тепловой контакт с термокрышкой 20 (фиг.3). При этом улучшаются условия поддержания достаточно высокой температуры воздуха в отверстии теплоизолирующей перегородки для предотвращения оседания капелек воды на крышке пробирки.

При расположении пробирок под углом В к вертикальной оси (фиг.4) уменьшается разброс температуры между пробирками за счет сближения пробирок, дополнительно повышается быстродействие устройства и сокращается время анализа за счет уменьшения массы теплопроводящего элемента 19 устройства для термоциклирования 1.

При применении материалов для пробирок 15, обладающих высокими теплопроводящими и светоотражающими свойствами, а также при использовании выступа на дне пробирок (фиг.5) повышаются теплопередача, эффективность света возбуждения и излучения флуоресценции за счет многократного отражения. Выступ на дне пробирки одновременно ускоряет передачу тепла от теплопроводящего элемента термоциклера к той части реакционной смеси, которая находится в центральной области пробирки.

Благодаря высокой теплопроводности металлических пробирок 15 и объединению их в группы, а также за счет увеличения поверхности отбортовки уменьшаются задержки приращения температуры реакционных смесей по отношению к температуре теплопроводящего элемента 19 термоциклера (фиг.6).

Вместо крышки пробирок 18 используют самоклеющуюся полимерную пленку с насечками. Благодаря насечкам при вводе пробы полимерная пленка легко протыкается наконечником пипетки. Вторая самоклеющаяся полимерная пленка 26 обеспечивает повторную герметизацию пробирок. Таким образом, упрощается ввод пробы и обеспечивается защита от случайного попадания пробы в соседние пробирки.

Предложенная конструкция устройства позволяет увеличить быстродействие термоциклера, максимально использовать возбуждающий свет и излучение флуоресценции и тем самым добиться сокращения времени анализа, повышения чувствительности устройства и значительного уменьшения необходимого для проведения ПЦР количества реакционной смеси.

Источники информации

1. Патент США №20050164281, кл. G01N 033/48; G06F 019/00; С12М 001/34; C12Q 001/68; G01N 033/50, 2005 г.

2. Заявка РФ №94030458, кл. C12Q, 1/62, c12M, 1/36, опубл. 27.06.96. Устройство для одновременного контроля множества амплификации нуклеиновой кислоты и способ количественного анализа специфической последовательности нуклеиновой кислоты в пробе. Заявитель - фирма Хоффманн-Ля Рош АГ (Швейцария).

3. Патент США №5994056, кл. С12Р, 001/48; C12N, 015/10, 1999 г.

4. Патент США №6015534, кл. 422/102, 435/304.100, 215/306, 435/288.100, 220/810, 220/837 B01L 3/00; B01L 7/00; B01L 3/00, 2000 г.

5. Патент на изобретение РФ №2304277, МПК G01N 21/63, опубл. 10.08.2007. Бюл. №22. Устройство для одновременного контроля множества амплификации нуклеиновой кислоты (прототип).

Изобретение относится к приборам для качественного и количественного анализа нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и может быть использовано в медицинской практике при диагностике инфекционных, онкологических и генетических заболеваний человека и животных, в исследовательских целях при молекулярно-биологических, генетических исследованиях, при мониторинге экспрессии генов. В устройстве использован метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) в реальном времени. Устройство содержит термоциклер, включающий теплопроводящий элемент с расположенными в нем углублениями для пробирок с реакционными смесями, термокрышку, и устройство автоматического управления температурным режимом. Также устройство содержит оптическую систему, включающую источник излучения, коаксиальные волоконно-оптические световоды для передачи света возбуждения от источника и излучения флуоресценции из пробирок. Устройство также содержит детектор для детектирования флуоресценции. При этом центральная передающая свет возбуждения часть световода апертурно согласована с количеством реакционной смеси в пробирках, установленных в углублениях теплопроводящего элемента. Причем объем пробирок соответствует максимальному объему реакционной смеси. При этом между пробирками и термокрышкой установлена сменная теплоизолирующая перегородка с отверстиями, оси которых совпадают с осями пробирок, а диаметры равны внешнему диаметру световодов для передачи излучения флуоресценции из пробирок. Причем апертурное согласование центральной части световода с количеством реакционной смеси в пробирке имеет вид l=l₁+l₂ и α=α_м, где l - расстояние от торца центральной части световода до реакционной смеси; l₁ - вертикальный размер сменной теплоизолирующей перегородки; l₂ - расстояние от сменной теплоизолирующей перегородки до реакционной смеси; α - апертурный угол осветительной части световода; α_м - максимальный апертурный угол осветительной части световода. Техническим результатом изобретения является сокращение времени анализа, повышение чувствительности устройства и уменьшение необходимого для проведения ПЦР количества реакционной смеси. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для одновременного контроля в реальном масштабе времени множества амплификации нуклеиновой кислоты, содержащее термоциклер, включающий теплопроводящий элемент с расположенными в нем углублениями для пробирок с реакционными смесями, термокрышку, и устройство автоматического управления температурным режимом, а также оптическую систему, включающую источник излучения, коаксиальные волоконно-оптические световоды для передачи света возбуждения от источника и излучения флуоресценции из пробирок, и детектор для детектирования флуоресценции, центральная передающая свет возбуждения часть световода апертурно согласована с количеством реакционной смеси в пробирках, установленных в углублениях теплопроводящего элемента, отличающееся тем, что объем пробирок соответствует максимальному объему реакционной смеси, между пробирками и термокрышкой установлена сменная теплоизолирующая перегородка с отверстиями, оси которых совпадают с осями пробирок, а диаметры равны внешнему диаметру световодов для передачи излучения флуоресценции из пробирок, при этом апертурное согласование центральной части световода с количеством реакционной смеси в пробирке имеет вид
l=l₁+l₂ и α=α_м,
где l - расстояние от торца центральной части световода до реакционной смеси;
l₁ - вертикальный размер сменной теплоизолирующей перегородки;
l₂ - расстояние от сменной теплоизолирующей перегородки до реакционной смеси;
α - апертурный угол осветительной части световода;
α_м - максимальный апертурный угол осветительной части световода, а вертикальный размер сменной перегородки выбирается исходя из реального заполнения пробирок реакционной смесью с учетом параметров d и l₂
,
где d - диаметр поверхности реакционной смеси.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в цилиндрическом отверстии сменной перегородки расположена трубка из материала, обладающего теплопроводящими свойствами, например из металла, при этом трубка имеет тепловой контакт с термокрышкой.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пробирки выполнены из теплопроводящего материала, например из металла, обладающего светоотражающими свойствами, и имеют прозрачное полимерное покрытие, а нижняя поверхность отбортовки пробирок имеет тепловой контакт с теплопроводящим элементом.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пробирки расположены под углом по отношению к вертикальной оси.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дно пробирок имеет выступ, выполненный, например, в виде обратного конуса.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пробирки по несколько штук или все вместе объединены в группы.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что крышки пробирок выполнены в виде самоклеящейся полимерной пленки с насечками и закрыты второй самоклеящейся полимерной пленкой.