Insitu PCR/PCR综合系统

　　1　引　言

　　PCR(聚合酶链式反应)技术自荣获1992年度诺贝尔医学生理学奖[1]以来,和InsituPCR(原位杂交)一起开辟了基因诊断这一崭新的诊断方法,成为现代医学发展程度的一种标志,目前正在全世界范围内迅速推广。PCR和Insitu PCR技术,有各自的实现设备,分别称为PCR热循环仪和Insitu PCR系统,两者的主要区别在于前者温育反应管,后者温育玻片,后者的技术难度大于前者。国际上,以美国PE为代表,从水浴式PCR热循环仪经过固态非移动式PCR热循环仪发展至温育载体可拆换式综合PCR系统。国内主要集中于初级产品水浴移动式PCR热循环仪的研制和生产,InsituPCR和综合PCR/Insitu PCR系统还未见研制或商品化的报道。本文所述的Insitu PCR/PCR综合系统采用在同一块温育载体上分时实现PCR和iNsitu PCR的独到结构,汉化的人机界面,达到了与世界先进技术同步的水平。

　　2　系统的控制目标

　　表2—1是典型的PCR过程(Insitu PCR同类)[2],反应物在温育井内反复经历变性、退火和聚合3个环节完毕后进入4℃以下冷藏。在整个反应过程中,有3点是至关重要的,即本系统的3个主要控制目标:

　　(1)温育温度平均斜坡时间小于1s/℃,如从90℃降至50℃的斜坡时间小于40s;

　　(2)每个环节的温育温度控制精度应在±0.4℃之内;

　　(3)温育温度均匀性应在±0.4℃之内(该目标主要由温育载体材料决定,试验表明10×10cm²的纯铝块,样品井深度2.6cm,温育载体上各井内温育温度均匀性在±0.1℃之内)。

　　另外,系统的全中文界面和图形指示也是系统的主要目标之一。

　　3　系统的主要硬件特点

　　总体上本系统是一个计算机闭环控制系统。由于系统的特殊控制目标以及一些使用要求(如无水、体积小、可靠性高等),需要在硬件上有所考虑。这里仅介绍一些有特点的硬件设计,常规的框图性硬件不予赘述。

　　3.1　综合温育载体

　　温育载体选用热扩散率较大的金属材料,由3层各施其责的金属块重叠而成,截面示意如图3—1所示。最上层布有极精心加工而成的温育井和温育壁,分别温育反应管和玻片;上层与中层之间布有冷却流道,流道的形状应以换热面积最大为原则;中层和底层之间布有加热器。加热和冷却受计算机控制。为了尽可能减少斜坡时间,应实现温育载体的体积最小化、三层之间的紧密连接以及和环境的良好隔热。温育载体热性能的最佳化设计,为实现系统的3个控制目标提供了可能。

　　3.2　加热冷却装置

　　冷却装置为小型压缩机制冷系统和二次冷媒循环系统构成,以实现本系统的快速降温和反应物的低温冷藏。制冷系统处于常开状态,不断冷却二次冷媒介质,当温育载体需要降温时,低温的冷媒介质被泵入温育载体的冷却盘管,实现降温。用二次冷媒作为冷却方式的好处是既能储冷又能使冷却量稳定,对制冷系统影响较小。加热装置为一般的加热元件,受执行元件固态继电器的开关控制,通过开和关次数的变化控制加热量,调节温育温度。