Карманное устройство для пцр-микроанализа

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента КАРМАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЦР-МИКРОАНАЛИЗА Настоящее изобретение относится к карманному устройству для ПЦР-микроанализа, содержащему ПЦР-микрочип из LTCC, в свою очередь содержащий нагреватель и реакционную камеру,предназначенную для размещения образца. Устройство также содержит контроллер нагревателя,предназначенный для регулирования нагревателя на основе входного сигнала, полученного от датчика температуры. Кроме того, в состав устройства входят оптическая система, содержащая оптическое волокно и предназначенная для обнаружения сигнала флуоресценции от образца, и по меньшей мере один коммуникационный интерфейс, предназначенный для взаимодействия с другим(и) устройством(ами).(71)(73) Заявитель и патентовладелец: БИГТЕК ПРАЙВЕТ ЛИМИТЕД (IN) 015713 Область изобретения Настоящее изобретение относится к переносной системе для ПЦР-анализа в режиме реального времени, снабженной одноразовым ПЦР-микрочипом, выполненным на основе керамики, полученной по технологии низкотемпературного спекания (LTCC). Также описаны способ управления и мониторинга ПЦР-микроанализа, а также устройство, используемое для проведения ПЦР. Уровень техники За последние пять лет значительно расширились исследования и разработки в области систем клинической диагностики, основанных на технологиях "лаборатория на чипе". Подобные системы открывают новые перспективы для клинической диагностики. Они требуют лишь крайне малых объемов материала образца и реагентов. Существует возможность изготовления недорогих одноразовых индивидуальных чипов малых размеров. Промежуток времени с момента отбора образца до получения результатов становится очень коротким. Наиболее совершенные конструкции чипов позволяют осуществлять все аналитические функции - отбор образца, предварительную обработку, стадии разделения, разбавления и смешения, химические реакции и выявление - в одной интегрированной микрогидродинамической системе. Системы "лаборатория на чипе" обеспечивают возможность создания конструкторами небольших,переносных, надежных, недорогих и простых в использовании диагностических инструментов, обладающих высоким уровнем возможностей и гибкости. Микрогидродинамические явления, имеющие место при течении жидкостей в микроканалах, делают возможным конструирование аналитических устройств и использование условий анализа, не применимых в большем масштабе. Технологии "лаборатория на чипе" направлены на воспроизведение лабораторных методик, которые могут быть применены к образцу, в структуре, полученной путем микросборки. Наиболее успешными оказались устройства, работающие с жидкими образцами. С применением данных устройств было реализовано большое количество методик химической обработки, очистки и проведения реакций. При изготовлении устройств, полностью выполняющих процедуры химических измерений, в определенной степени была достигнута полная интеграция химических процессов. Данные устройства основаны на общепринятых лабораторных методиках анализа и поэтому обеспечивают возможность анализа более сложных по составу образцов, чем обычные химические способы обнаружения. Недавние достижения в молекулярной и клеточной биологии были достигнуты в результате разработки быстрых и эффективных аналитических технологий. Благодаря миниатюризации и мультиплексным технологиям наподобие генных чипов или биочипов стало возможным исследование полных геномов на одной экспериментальной установке. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) представляет собой молекулярно-биологический метод амплификации молекул нуклеиновых кислот in vivo. Технология ПЦР быстро вытесняет другие, требующие много времени и менее чувствительные технологии идентификации биологических веществ и патогенов в криминалистических, экологических, клинических и промышленных образцах. ПЦР стала наиболее важной среди других биологических методик аналитической стадией большого числа методов молекулярной и клинических методов диагностики в биолабораториях. Важные модификации, сделанные в технологии ПЦР, в том числе ПЦР в реальном времени,обеспечили ускорение процессов реакции по сравнению с обычными методами. В течение нескольких последних лет технология микросборки стала применяться для миниатюризации реакционных и аналитических систем, таких как ПЦР-анализ, с целью дальнейшего уменьшения продолжительности анализа и расхода реагентов. В большинстве доступных в настоящее время систем для ПЦР мгновенные изменения температуры являются невозможными вследствие значений теплоемкостей образца, резервуара и циклера, что приводит к увеличенному времени амплификации, составляющему от 2 до 6 ч. В течение времени, за которое температура образца совершает переход от одного значения к другому, имеют место нежелательные побочные реакции, приводящие к существенному расходу реагентов и образованию ненужных и вредных веществ.LTCC применяют при сборке полупроводниковых устройств. Данная система делает возможной интеграцию электрических и структурных функций. Послойное изготовление LTCC дает возможность создания трехмерных структур, содержащих интегрированные электрические элементы. Кроме того, этот процесс является более дешевым по сравнению с процессом на основе кремния. Чип, изготовленный на керамической подложке, такой как LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics, керамика низкотемпературного спекания), обеспечивает возможность простой и недорогой интеграции механических и электрических элементов. Применение переносных компьютерных платформ наподобие персонального цифрового помощника (ПЦП) предоставляет системе достаточное количество вычислительных ресурсов для управления электроникой и создания обладающего широкими возможностями и в то же время простого пользовательского интерфейса для показа данных. Оно также придает системе модульность и тем самым делает возможным легкое обновление системы с минимальными затратами для пользователя.-1 015713 Задачи изобретения Основной задачей настоящего изобретения является разработка карманного устройства для ПЦРмикроанализа. Еще одной задачей настоящего изобретения является разработка способа мониторинга карманного устройства для ПЦР-микроанализа и управления им. Краткое описание сущности изобретения В соответствии с указанными задачами в настоящем изобретении предложено карманное устройство для ПЦР-микроанализа, содержащее ПЦР-микрочип из LTCC, содержащий нагреватель и реакционную камеру, предназначенную для размещения образца; контроллер нагревателя, предназначенный для регулирования нагревателя на основе входного сигнала, полученного от датчика температуры; оптическую систему обнаружения, предназначенную для обнаружения сигнала флуоресценции от образца; по меньшей мере один коммуникационный интерфейс, предназначенный для взаимодействия с другим(и) устройством(ами); также предложен способ мониторинга и управления карманным устройством для ПЦР-микроанализа, причем указанный способ включает следующие стадии: установление обмена данными между карманным устройством для ПЦР-микроанализа и другим устройством через коммуникационный интерфейс; запуск процесса циклического изменения температуры на основе значений профиля температур, полученных от другого устройства, для управления ПЦР-микрочипом, выполненным по технологии LTCC; отправка оптического сигнала, обнаруженного оптической системой, на другое устройство. Краткое описание прилагаемых фигур Настоящее изобретение далее будет описано со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых: на фиг. 1 показана схема варианта осуществления устройства для ПЦР-микроанализа на основеLTCC согласно настоящему изобретению; на фиг. 2 показана ортографическая проекция варианта осуществления ПЦР-микрочипа по технологии LTCC; на фиг. 3 показан поперечный разрез варианта реализации ПЦР-микрочипа, выполненного по технологии LTCC; на фиг. 4 показана послойно конструкция варианта осуществления ПЦР-микрочипа из LTCC; на фиг. 5 показана модель готовой конструкции реакционной камеры чипа; на фиг. 6 показана раздвоенная оптическая система обнаружения, в которой применяется раздвоенное оптическое волокно; на фиг. 7 показана функциональная схема варианта осуществления схемы, управляющей нагревателем и датчиком температуры; на фиг. 8 показано плавление фрагмента ДНК фага -636 в чипе с применением встроенного нагревателя/термистора, управляемого карманным устройством; на фиг. 9 показана ПЦР-амплификация фрагмента ДНК фага -311 в чипе: а) сигнал флуоресценции от чипа в реальном времени; б) изображение, полученное гель-визуализацией, подтверждающее образование продукта амплификации; на фиг. 10 показано изображение, полученное гель-визуализацией при ПЦР-амплификации фрагмента 16S рибосомы сальмонеллы в обработанных крови и плазме; на фиг. 11 показано изображение, полученное гель-визуализацией при амплификации фрагмента 16S рибосомы сальмонеллы путем прямой ПЦР в крови; на фиг. 12 показано изображение, полученное гель-визуализацией при амплификации фрагмента 16S рибосомы сальмонеллы путем прямой ПЦР в плазме; на фиг. 13 показана ПЦР-амплификация гена сальмонеллы с применением микрочипа: а) сигнал флуоресценции от чипа в реальном времени; б) изображение, полученное гель-визуализацией, подтверждающее присутствие продукта амплификации; на фиг. 14 показано время, затраченное на амплификацию ДНК вируса гепатита В с применением чипа, выполненного по технологии LTCC; на фиг. 15 показана общая схема обмена данными программы персонального цифрового помощника (ПЦП) с карманным устройством; на фиг. 16 показана кривая плавления, полученная с использованием чипа из LTCC по производной сигнала флуоресценции для плавления ДНК фага -311; на фиг. 17 показана блок-схема алгоритма программы, управляющей термическими циклами и исполняемой ПЦП; на фиг. 18 показан сигнал флуоресценции в реальном времени ДНК HBV, амплифицируемой при помощи микрочипа; на фиг. 19 показана светоделительная оптическая система обнаружения, в которой применяется светоделитель; на фиг. 20 показана гибридная оптическая система обнаружения.-2 015713 Подробное описание изобретения Настоящее изобретение относится к карманному устройству для ПЦР-микроанализа, содержащему: а) ПЦР-микрочип, выполненный по технологии LTCC, содержащий нагреватель и реакционную камеру, предназначенную для размещения образца; б) контроллер нагревателя, предназначенный для регулирования нагревателя на основе входного сигнала, полученного от датчика температуры; в) оптическую систему обнаружения, предназначенную для обнаружения сигнала флуоресценции от образца; г) по меньшей мере один коммуникационный интерфейс, предназначенный для взаимодействия с другим(и) устройством(ами). В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения между нагревателем и реакционной камерой предусмотрен по меньшей мере один проводящий слой. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения реакционная камера окружена проводящими кольцами. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения проводящие кольца соединены с проводящим(и) слоем(ями) стойками. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения проводник изготовлен из материала,выбранного из группы, состоящей из золота, серебра, платины, палладия и их сплавов. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения датчик температуры, предназначенный для измерения температуры чипа, размещают вне чипа. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения датчик температуры встроен по меньшей мере в один слой чипа. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения датчик температуры представляет собой термистор. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения датчик температуры присоединен в качестве одного из плеч мостовой схемы. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения выходной сигнал мостовой схемы подвергается усилению и затем подается на контроллер нагревателя с целью регулирования нагревателя. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения чип содержит прозрачную уплотнительную крышку, покрывающую реакционную камеру. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения чип является одноразовым. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения оптическая система обнаружения выбрана из группы, включающей светоделительную оптическую систему обнаружения, гибридную оптическую систему обнаружения и раздвоенную оптическую систему обнаружения. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения оптическая система обнаружения включает источник света и фотодетектор, предназначенный для обнаружения сигнала флуоресценции от образца. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения обнаруженный сигнал усиливается синхронным усилителем. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в разветвленной оптической системе применяют разветвленное оптическое волокно, причем на конце одной ветви 605a оптического волокна размещают источник света, а на конце другой ветви 605a - фотодетектор. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения конец общей ветви 605b разветвленного оптического волокна направлен на образец. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в гибридной оптической системе обнаружения для направления света на образец используют оптическое волокно. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в гибридной оптической системе обнаружения для фокусировки пучка, испущенного образцом, используют линзы. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения коммуникационный интерфейс выбран из группы, включающей последовательный интерфейс, USB, Bluetooth и их сочетания. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения другое устройство получает данные о температуре чипа и усиленный сигнал от карманного устройства. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения другое устройство является выбранным из группы, содержащей смартфон, ПЦП и программируемое устройство. Настоящее изобретение также относится к способу мониторинга и управления карманным устройством для ПЦР-микроанализа, причем указанный способ включает следующие стадии: а) установление обмена данными между карманным устройством для ПЦР-микроанализа и другим устройством через коммуникационный интерфейс; б) запуск процесса осуществления температурных циклов на основе значений профиля температур,полученных от другого устройства, осуществляющего управление ПЦР-микрочипом, выполненным по технологии LTCC; в) отправка оптического сигнала, обнаруженного оптической системой, на другое устройство.-3 015713 В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения передача значений температурного профиля в другое устройство осуществляется пользователем через пользовательский интерфейс. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения создание, изменение или удаление температурных профилей осуществляются через пользовательский интерфейс. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения другое устройство требует аутентификации пользователя. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в другом устройстве хранится множество температурных профилей. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения температурный профиль предусматривает задание контрольного значения температуры и количества циклов. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения чип поддерживают при заданной температуре в течение времени, заданного контрольным значением. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения доведение температуры ПЦРмикрочипа до комнатной температуры производят путем остановки процесса осуществления температурных циклов. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения температуру ПЦР-микрочипа поддерживают постоянной при остановке проведения термических циклов. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения обмен данными с другим устройством осуществляют с применением стека профиля последовательного порта мобильной технологииBluetooth. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения отображение температурных и оптических данных происходит на дисплее другого устройства. К другим устройствам 101 относятся устройства, способные к взаимодействию с карманным устройством через любой стандартный коммуникационный интерфейс 107, например проводной (последовательный порт RS232 или USB), беспроводной (Bluetooth, поддерживающий профиль последовательного порта) и т.д. ПЦР-микрочип, выполненный по технологии LTCC, представляет собой ПЦР-чип, изготовленный из слоев LTCC. Подобный чип может быть легко присоединен к карманному устройству или отсоединен от него. Температурный профиль включает значения температуры и времени, которые являются заданными значениями, а также число циклов, необходимое для выполнения термического цикла. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) представляет собой технологию, разработанную для синтеза множества копий конкретного фрагмента ДНК на основе матрицы. В первоначальном виде процесс ПЦР основан на действии термически стабильного фермента ДНК-полимеразы из Thermus aquaticus (Taq),способного синтезировать комплементарную нить до заданной нити ДНК в присутствии смеси, содержащей четыре основания ДНК и два праймерных фрагмента ДНК, фланкирующих целевую последовательность. Смесь нагревают с целью разделения нитей двойной спирали ДНК, содержащей целевую последовательность, и затем охлаждают, что дает возможность праймерам найти комплементарные им последовательности на разделенных нитях и связаться с ними и позволяет Taq-полимеразе осуществить достраивание праймеров до новых комплементарных нитей. Повторение циклов нагревания и охлаждения приводит к экспоненциальному воспроизведению целевой ДНК, поскольку каждая новая двойная спираль при разделении образует две матрицы для дальнейшего синтеза. Типичный температурный профиль полимеразной цепной реакции является следующим: 1) денатурация при 93C в течение 15-30 с; 2) отжиг праймера при 55C в течение 15-30 с; 3) элонгация праймера при 72C в течение 30-60 с. Например, на первой стадии раствор нагревают до 90-95C, при этом двунитевой шаблон плавится("денатурирует") с образованием двух одиночных нитей. На следующей стадии раствор охлаждают до 50-55C, при этом специально синтезированные короткие фрагменты ДНК ("праймеры") связываются с соответствующим комплементарным участком матрицы ("отжиг"). Наконец, раствор нагревают до 72C,при этом особый фермент ("ДНК-полимераза") осуществляет элонгацию праймеров путем присоединения комплементарных оснований из раствора. Таким образом, происходит синтез двух идентичных двунитевых молекул из одной двунитевой молекулы. Для наработки продуктов длиной более нескольких сотен оснований стадию элонгации праймера следует продлить примерно на 60 с на одну тысячу оснований. Подобные значения являются типичными для известных типов оборудования; на практике стадии денатурации и отжига происходят практически мгновенно, однако скорость изменения температуры в коммерчески доступном оборудовании составляет менее 1C/с, поскольку для достижения теплового равновесия применяют металлические блоки или воду и поскольку образцы размещают в пластмассовых пробирках для микроцентрифугирования.-4 015713 Путем изготовления термически изолированных ПЦР-камер с небольшой массой способом микрообработки оказывается возможным массовое производство гораздо более быстродействующего, более энергетически эффективного и более избирательного ПЦР-оборудования. Кроме того, быстрота переходов от одной температуры к другой обеспечивает минимальное время пребывания образца при нежелательных промежуточных температурах, вследствие чего амплифицированная ДНК обладает оптимальными точностью воспроизведения и чистотой. Керамика, полученная по технологии низкотемпературного спекания (LTCC), представляет собой современный вариант технологии толстых пленок, применяемых при сборке электронных компонентов для автомобильной, оборонной, аэрокосмической и телекоммуникационной промышленности. Такая керамика представляет собой стеклообразный керамический материал на основе оксида алюминия, являющийся химически инертным, биосовместимым, термически стабильным (выдерживает температуру более 600C), обладает низкой теплопроводностью (менее 3 Вт/мК), высокой механической прочностью и обеспечивает хорошую герметичность. Ее обычно применяют при сборке электронных устройств уровня чипов, в которых они выполняют одновременно структурные и электрические функции. По мнению авторов настоящего изобретения, керамика, полученная по технологии LTCC, пригодна для применения в области ПЦР-микрочипов; причем, насколько известно авторам изобретения, для подобных целей LTCC ранее не применяли. Основу подложек в технологии LTCC предпочтительно составляют слои необожженного (зеленого) стеклообразного керамического материала, содержащего полимерное связующее. Структурные элементы формируют путем резки/пробивки/сверления данных слоев и наложения множества слоев. Процессы послойного формирования обеспечивают возможность создания трехмерных элементов, существенных для микроэлектромеханических систем (МЭМС). На LTCC легко могут быть получены элементы размером менее 50 мкм. Электрические схемы получают путем трафаретной печати проводящей и резистивной пастой на каждом слое. Совокупность слоев соединяют между собой путем пробивки отверстий и их заполнения проводящей пастой. Слои накладывают друг на друга, сжимают и спекают. В литературе сообщалось об изготовлении пакетов размером до 80 слоев. Спеченный материал является плотным и обладает высокой механической прочностью. На фиг. 1 показана схема варианта осуществления устройства для ПЦР-микроанализа, на которой обозначены различные компоненты и их функции. Устройство содержит одноразовый ПЦР-микрочип 103 из LTCC, имеющий реакционную камеру, предназначенную для размещения образца, встроенный нагреватель и встроенный датчик температуры, предназначенный для осуществления температурных циклов. Датчик температуры представляет собой термистор. Вместо встройки внутрь чипа датчик температуры также может быть размещен вне чипа. В качестве датчика температуры можно использовать любой датчик, способный измерять температуру. ПЦР-микрочип 103 из LTCC связан через интерфейс с карманным электронным устройством 109, содержащим схему управления 102, в свою очередь содержащую контроллер нагревателя, осуществляющую управление нагревателем на основе показаний датчика температуры. Показания датчика температуры поступают в контроллер нагревателя через схему 107 измерения температуры. Контроллер нагревателя задает температуру чипа и поддерживает данную температуру в течение определенного периода; температура и период задаются микроконтроллером 106 в виде заданных значений. Все компоненты карманного устройства 109 питаются от комплекта батарей 108. В карманном устройстве 109 также имеется оптическая система 104, предназначенная для обнаружения сигналов флуоресценции от ПЦР-микрочипа 103. Оптическая система содержит источник света,электронную схему управления источником света, детектор, предназначенный для обнаружения света,испущенного образцом, и электронную схему, служащую для усиления сигнала (исходящего от образца). Карманное устройство 109 через интерфейс наподобие USB/Bluetooth соединено с другим устройством 101, служащим для обработки информации, например интеллектуальным телефоном/ПЦП или любым другим устройством обработки, способным к получению и обработке данных. Батареи могут представлять собой аккумуляторы, снабженные портом, предназначенным для перезарядки от внешних источников. Например, батареи могут представлять собой никелево-кадмиевые, литиевые ионные или полимерные батареи, способные обеспечивать максимальную силу тока более 1 A. Карманное устройство также содержит по меньшей мере один коммуникационный интерфейс 107,предназначенный для обмена данными с другими устройствами 101. Коммуникационный интерфейс может быть проводным (последовательный порт RS232 или USB) или беспроводным (Bluetooth, выполняющий профиль последовательного порта). Для обмена данными обычно используют профиль последовательного порта вследствие его быстродействия и простотой реализации. Интерфейс осуществляет передачу данных и команд между другим устройством 101 и микроконтроллером 106. В данном изобретении в качестве "других устройств" 101 рассматриваются устройства, способные к управлению карманным устройством и его мониторингу. Другим устройством может быть, например,ПЦП, смартфон, компьютер, микроконтроллер или любое устройство обработки информации, способное к обмену данными с карманным устройством Другое устройство также предоставляет пользовательский интерфейс для ввода и просмотра данных пользователем. Другое устройство, упоминаемое в настоящем описании, обладает способностью к исполнению надлежащего программного обеспечения с целью обме-5 015713 на данными с карманным устройством 109, управления им и его мониторинга. Микроконтроллер 106 осуществляет управление электронными схемами карманного устройства 109 и сообщается с другим устройством 101 через интерфейс. Для осуществления взаимодействия с аналоговыми электронными схемами, в том числе контрольной схемой 102, схемой 107 измерения температуры и схемой 105 оптической системы, микроконтроллер снабжен аналого-цифровым и цифроаналоговым преобразователем. Микроконтроллер 106 получает заданные значения от другого устройства и посылает их на схему управления 102. Микроконтроллер также передает другому устройству температуру,определенную схемой 107 измерения температуры, и оптические данные, определенные схемой 105 оптической системы. Оптические данные в данном случае представляют собой сигнал, полученный в схеме 105 оптической системы. На фиг. 2 показана ортографическая проекция варианта осуществления ПЦР-микрочипа, на котором обозначена реакционная камера 201, или ячейка. На чертеже обозначена сборка из нагревателя 201 и датчика температуры-термистора 203, находящаяся внутри ПЦР-микрочипа из LTCC. Также обозначены проводящие дорожки 205 нагревателя и проводящие дорожки 204 термистора. Данные проводящие дорожки облегчают осуществление соединения нагревателя и термистора, встроенных в чип с внешними электрическими схемами. На фиг. 3, на которой показан поперечный разрез варианта осуществления ПЦР-микрочипа изLTCC, обозначены контактные площадки 206a и 206b нагревателя 202 и контактные площадки 207a и 207b термистора 203. В соответствии с фиг. 4, на которой показана послойная конструкция варианта осуществления ПЦРмикрочипа из LTCC, чип состоит из 12 слоев, выполненных из лент из LTCC. Среди слоев имеются два слоя основы 401, три промежуточных слоя, в том числе нагревательный слой 402, проводящий слой 403 и слой 404, содержащий термистор, в то время как слой 405 ограничивает реакционную камеру 201. Количество слоев 406 реакционной камеры, согласно показанному на чертеже, составляет шесть. Кроме того, проводящий слой 403 находится между нагревательным слоем и слоем термистора. Также обозначены проводящая дорожка 205 нагревателя и проводящие дорожки 204 термистора. На чертеже показано,что проводящие дорожки 204 размещены по обеим сторонам слоя термистора 404. Конструкция нагревателя может быть выполнена в любой геометрической форме, в том числе "лестницы", "серпантина", "линии", "пластины" и т.д., размером, меняющимся от 0,23 мм до 22 мм. Размер и геометрическая форма нагревателя могут быть выбраны на основе предъявляемых к устройству требований. Требования могут зависеть от размера реакционной камеры или испытываемого образца или от материала, используемого в качестве проводящего слоя.LTCC чип имеет объем ячейки от 1 до 25 мкл. Основу нагревателя составляет толстопленочный резистивный элемент, используемый в обычных сборках из LTCC. Для изготовления встроенных датчиков температуры применяют термисторные системы на основе оксида алюминия. Измеренное значение TKC чипа составляет от 1 до 2 Ом/C. Чип изготовлен на керамической системе DuPont 951 green. Слой термистора может быть размещен в любом месте внутри чипа; вместо размещения термистора внутри чипа датчик температуры может быть размещен вне чипа. После определения равномерности температурного профиля внутри чипов в них осуществляли ПЦР-реакции. С применением данных чипов были успешно амплифицированы фрагменты ДНК -фага,ДНК сальмонеллы и ДНК вируса гепатита B. На фиг. 5 показан микрочип в трехмерном виде, причем показаны различные соединения с нагревателем, проводниковыми кольцами, термистором и проводящими кольцами 502. Также показаны стойки 501, соединяющие проводящие кольца 502 с проводящей пластиной 403. Встроенный нагреватель изготавливают из резистивной пасты наподобие серии CF от компанииDuPont, совместимой с LTCC. Может быть использована любая система необожженных ленточных керамических подложек, в том числе DuPont 95, ESL (серия 41 ХХХ), Ferro (система A6) или Haraeus. Упомянутый встроенный датчик температуры представляет собой термистор, изготовленный из термисторной резистивной пасты с положительным температурным коэффициентом (ПТК) (например, 509X D илиESL 2612 от компании ESL Electroscience), предназначенный для использования на подложках из оксида алюминия. Также могут быть использованы резистивные пасты с отрицательным температурным коэффициентом (ОТК) наподобие NTC 4993 от компании ЕМСА Remex. Прозрачная (длина волны от 300 до 1000 нм) уплотнительная крышка предназначена для предотвращения испарения образца из указанной реакционной камеры и изготавливается из полимерного материала.-6 015713 Оптическая система обнаружения Оптическая (по флуоресценции) система обнаружения содержит источник освещения, обычно СИД,фильтры, предназначенные для отбора света надлежащей длины волны, оптические устройства, предназначенные для подачи света на образец и сбора света с него, и световой датчик (фотодиод, фотоэлектронный умножитель, фототранзистор, датчик изображений и т.д.). В ней также имеется электронная схема 105, служащая для задания мощности источника света и для обнаружения сигнала от светового датчика. В переносных системах предпочтительным является применение фотодиодов, фототранзисторов или датчиков изображений вследствие низкой потребляемой мощности (менее 1 мВт). При обнаружении продуктов ПЦР в реальном времени используется методика определения по данным флуоресценции, согласно которой светочувствительный краситель (флуорофор, например SYBR Green), присутствующий в реакционной смеси при ПЦР, поглощает свет с определенной длиной волны и испускает свет с более высокой длиной волны (для SYBR Green 470 и 520 нм соответственно). Интенсивность испущенного света при успешном протекании ПЦР обычно постепенно возрастает или постепенно уменьшается. Отслеживание изменения интенсивности испущенного света придает устройству для ПЦР-анализа способность к обнаружению в реальном времени. Оптическая связь и сбор света от образца при ПЦР могут быть осуществлены многими путями. В системе могут быть использованы следующие способы: 1) разветвленная оптическая система обнаружения, в которой используют разветвленное оптическое волокно 605 (многомодовое полимерное или кварцевое оптическое волокно либо пучки волокон),обладающее разветвленным концом 605a и общим концом 605b. Конец одной из ветвей 605a предназначен для подачи света от СИД 601 на образец; конец другой ветви предназначен для подачи света на фотодетектор 602. Общий конец 605b служит для направления света на образец. В данном способе в дополнение к фильтрам, обеспечивающим избирательность по длине волны, для передачи света к волокну и от него используют оптические устройства; 2) светоделительная оптическая система обнаружения, в которой для фокусировки света на образце и обнаружения применяют светоделители, линзы и фильтры (фиг. 19); 3) гибридная оптическая система обнаружения, в которой для освещения используют оптическое волокно, а обнаружение осуществляется непосредственно с применением фокусирующей линзы, фильтра и детектора (фиг. 20). На фиг. 6 показан вариант осуществления оптической системы, предпочтительной для применения в устройстве для ПЦР-анализа в соответствии с настоящим изобретением. На чертеже показана конструкция, содержащая разветвленное оптическое волокно 605, на конце одной ветви 605a которого находится источник возбуждения в виде СИД 601, а на конце другой ветви 605a происходит обнаружение флуоресценции при помощи фотодетектора 602. СИД 601 и фотодетектор 602 соединены с разветвленным концом 605a оптического волокна; общий конец 605b направлен на реакционную камеру 201 внутри чипа 200 из LTCC. На чертеже также показаны фильтр 604a, соединенный с СИД 601, и фильтр 604b,соединенный с фотодетектором 602 при помощи соединительных устройств 603a и 603b соответственно. Выходной сигнал детектора 602 подвергается усилению (in situ в случае фотоэлектронного умножителя и лавинного фотодиода) с применением усилительной схемы 701, подобной показанной на фиг. 7, и затем подается на контроллер нагревателя. Примером усилительной схемы является схема фазовой автоматической подстройки частоты (PLL, phase locked loop) (синхронный усилитель). В данной схеме освещение является импульсным с заданной частотой (обычно в интервале от 10 Гц до 500 кГц). Схема обработки выходного сигнала (сигнала флуоресценции) регистрирует сигнал на той же частоте и генерирует пропорциональный ему постоянный ток (DC), который подвергается усилению, преобразуется в напряжение и далее в усиленном виде подается на микроконтроллер 106. Данная схема повышает отношение сигнал/шум для сигнала и устраняет из сигнала частотно-зависимый шум. Синхронная схема основана на сбалансированном модуляторе/демодуляторе (наподобие AD 630 JN от компании AnalogDevices). На фиг. 7 показана функциональная схема варианта осуществления электронной схемы, управляющей нагревателем и термистором, причем термистор действует в ПЦР-микрочипе 200 из LTCC в качестве одного из плеч мостовой схемы 706. Даже если датчик температуры размещен вне чипа, он может быть соединен с одним из плеч мостовой схемы. Усиленный выходной сигнал моста с усилителя 701 мостовой схемы поступает на вход ПИД-контроллера 703, который переводит его в цифровую форму,причем контролируемый цифровой выходной сигнал создается по ПИД-алгоритму. Выходной сигнал преобразуется обратно в аналоговое напряжение, которое используют для управления нагревателем с помощью силового транзистора, имеющегося в задающем устройстве 704 нагревателя. Аналоговая электронная схема, реализованная в контроллере 703 нагревателя, использует П-, ПИ-,ПД- или ПИД- (пропорционально-интегрально-дифференциальный) закон либо может представлять собой простую схему управления типа включить/выключить на основе выходного сигнала от термистора. Датчик температуры является частью электронной схемы, служащей для обнаружения изменений температуры. На данном чертеже в качестве примера датчика температуры рассмотрен термистор, причем он является частью мостовой схемы Уитстона 706. Изменение сопротивления термистора вследствие нагрева или охлаждения приводит к появлению на выходе из схемы конечного напряжения. Значение этого-7 015713 напряжения связано с температурой ячейки чипа из LTCC. Измеренное значение напряжения используют для того, чтобы определить, следует ли включить или выключить нагреватель. Нагреватель питается заранее установленной мощностью, определенной по максимальной температуре, которую требуется достичь в ячейке чипа из LTCC. Для учета отклонения сопротивления нагревателя и термистора (примерно 20% для оптимальной конструкции чипа) разработана схема автокалибровки, реализованная в карманном устройстве. Данная схема компенсирует изменение сопротивления путем применения коммерчески доступного термистора (PT100), находящегося при комнатной температуре. В схеме управления нагревателем применен микроконтроллер. Микроконтроллер программируют для формирования необходимого температурного профиля через коммуникационный интерфейс. Программа управляет контрольной схемой 102 нагревателя с целью реализации необходимого температурного профиля в чипе из LTCC. Для управления микроконтроллером с применением программного обеспечения, исполняемого ПЦП (iPaq с операционной системой Windows CE) был испытан интерфейсBluetooth. В настоящее время для карманного устройства 109 осуществляется разработка программного обеспечения для обмена данными по Bluetooth и разработка ГПИ (графического пользовательского интерфейса). Способ управления нагревателем и измерения значений термистором, описанный в настоящем изобретении, приведен только в качестве примера. Он не должен рассматриваться как единственный и ограничительный вариант контроллера. В настоящем изобретении могут применяться другие средства и способы управления нагревателем и измерения значений термистором. Другое устройство обеспечивает возможность создания температурных профилей для ПЦР пользователем посредством ГПИ (графического пользовательского интерфейса). Температурные профили передаются на микроконтроллер через коммуникационный интерфейс 107. Температурный профиль содержит контрольные значения (температуру и время) и количество циклов. Данные датчика температуры и оптической системы обнаружения посылаются с микроконтроллера на другое устройство и показываются им. Компьютер также производит обработку данных и показывает результат реакции. Переносной компьютер оснащен операционной системой типа Windows CE/Mobile, Palm OS, Symbian, Linux. В еще одном варианте осуществления возможно подавать на карманное устройство только контрольные значения; количество циклов при этом отслеживается другим устройством. Достижение заданных значений,посланных другим устройством исходя из температурного профиля, обеспечивается микроконтроллером. Продукт ПЦР обычно анализируют с применением гель-электрофореза. Согласно данной технологии, фрагменты ДНК после ПЦР разделяют в электрическом поле и наблюдают путем окрашивания флуоресцентным красителем. Более подходящей является методика с применением флуоресцентного красителя, специфически связывающегося с двунитевой ДНК, с целью непрерывного мониторинга реакции (ПЦР в реальном времени). Примером подобного красителя является SYBR Green, возбуждаемый синим светом с длиной волны 490 нм и испускающий при связывании с ДНК зеленый свет с длиной волны 520 нм. Интенсивность флуоресценции пропорциональна количеству двунитевой ДНК, образующейся в ходе ПЦР, и поэтому возрастает с количеством циклов. Приводимый ниже пример показывает различные возможности, которые могут быть реализованы при помощи карманного устройства 109 совместно с другим устройством. Другое устройство, рассматриваемое в данном примере, представляет собой ПЦП/смартфон. Рассматриваемая программа для ПЦП/смартфона работает в среде Windows mobile 5. Для обмена данными с карманным устройством программа использует стек профиля последовательного порта (SPP)Bluetooth для Windows mobile. Карманное устройство содержит модуль Bluetooth, соединяющийся с микроконтроллером через UART- (универсальный асинхронный прием и передача) порт с целью обмена данными. Основной функцией программы является управление процессом осуществления температурных циклов в карманном устройстве при помощи различных температурных профилей, хранимых в памяти, и мониторинг данного процесса. Она также снабжена такими функциями, как двухуровневый входной контроль, возможность отображения данных, возможность создания температурных профилей и др. На фиг. 15 показан способ обмена данными между программой и карманным устройством. Приложение для ПЦП. Программа для ПЦП принимает входные данные, включающие в себя контрольные значения (температуру и время) и количество циклов. Контрольные значения передаются на карманное устройство через Bluetooth-соединение; затем программа ожидает ответа карманного устройства. При достижении контрольного значения карманное устройство сообщает об этом ПЦП, который посылает на него следующий набор команд (фиг. 17). ПЦП также получает от карманного устройства данные (температуру и данные оптической системы) и показывает их. Для получения и исполнения команд, посланных ПЦП, в карманном устройстве имеется микроконтроллер со встроенной программой, способной к обмену данными по Bluetooth и управлению аналоговыми схемами. Кроме того, программа микроконтроллера непрерывно отправляет температурные и оптические данные на ПЦП.-8 015713 Программа для ПЦП содержит 4 модуля: 1) модуль контроля доступа; 2) ГПИ; 3) модуль обработки и 4) модуль обмена данными. Модуль контроля доступа 1. Данный модуль обеспечивает возможность входа пользователя в программу. 2. Модуль снабжен окном входа, предназначенным для ввода имени пользователя и пароля. 3. Имеются два уровня входного контроля: а) уровень администратора; б) уровень пользователя. 4. Администратор обладает следующими правами: а) создание пользователей и пользовательских папок; б) создание температурных профилей; в) соединение с карманным устройством 109/смена устройства. 5. После выполнения входа с использованием своих имени пользователя и пароля пользователи имеют право на выполнение программы, просмотр и занесение в память данных, относящихся к их сеансу. ГПИ 1. Модуль ГПИ предусматривает экраны: а) для администратора с целью ввода различных контрольных значений (температуры и времени) и создания/удаления/изменения температурных профилей; б) для создания/удаления пользователей и пользовательских папок; в) для смены карманного устройства для обнаружения устройств Bluetooth, находящихся в пределах досягаемости, программа использует стек Bluetooth. После обнаружения программа показывает все доступные устройства, находящиеся в пределах досягаемости. Администратор осуществляет выбор карманного устройства; программа запрашивает стек Bluetooth с целью сопряжения с карманным устройством 109. После сопряжения программа заносит в память информацию о сопряженном устройстве для будущего использования; г) для пуска, завершения, перезапуска и приостановки программы; д) для окна регистрации с целью показа данных, переданных и полученных программой. 2. Модуль ГПИ снабжен экраном, предназначенным для отображения температурных и оптических данных, полученных от карманного устройства. Модуль обработки данных Модуль обработки данных обладает следующими функциями: 1) преобразование данных; 2) выполнение алгоритма обмена данными. Преобразование данных. 1. Из выбранного пользователем температурного профиля осуществляется сбор данных. 2. Типичный температурный профиль выглядит следующим образом: 3. Поскольку заданные значения содержат температуру и время, значения температуры затем преобразуются в напряжение с применением следующей формулы:x и y - заранее определенные константы. 4. Полученные таким путем значения напряжения преобразуются в 10-битовые шестнадцатиричные-9 015713 6. Температурные данные, собранные карманным устройством, из шестнадцатиричных значений преобразуются в напряжение с целью отображения, при этом применяют следующую формулу: 7. Напряжение преобразуется обратно в температуру 8. Собранные оптические данные преобразуются в напряжение и непосредственно посылаются на отображение. Модуль обмена данными Модуль обмена данными сообщается со стеком Bluetooth для Windows mobile. В ходе обмена выполняются следующие протоколы. Пуск. Кнопка "Пуск", предусмотренная в прикладной программе, производит пуск процесса осуществления температурных циклов. Программа запрашивает стек Bluetooth с целью установления соединения с карманным устройством через беспроводной последовательный порт. После получения подтверждения ПЦП начинает обмен с карманным устройством. Стоп/Пауза/Продолжить. Команда "Стоп" останавливает осуществление термических циклов и дает карманному устройству команду понизить температуру чипа до комнатной температуры; данный процесс не может быть перезапущен. "Пауза" поддерживает температуру чипа при текущем рабочем значении температуры. Пауза может быть прекращена командой "Продолжить". Применение переносных компьютерных платформ наподобие ПЦП предоставляет системе достаточное количество вычислительных ресурсов для управления электроникой и создания обладающего широкими возможностями и в то же время простого пользовательского интерфейса для показа данных. Оно также придает системе модульность и тем самым делает возможным легкое обновление системы с минимальными затратами для пользователя. В настоящем изобретении предложена отвечающая требованиям рынка карманная система для ПЦР-анализа, предназначенная для особых областей применения в диагностике. Программа, исполняемая другим устройством, обеспечивает создание полностью укомплектованной карманной ПЦР-системы с обнаружением в реальном времени и программным управлением. Путем снижения теплоемкости и повышения скоростей нагрева/охлаждения с применением данного устройства время, затрачиваемое на завершение реакции из 30-40 циклов и составляющее 2-3 ч, было снижено до менее чем 30 мин даже для образца умеренного объема, составляющего 5-25 мкл. На фиг. 14 показано время, затраченное на амплификацию ДНК вируса гепатита B с применением чипа из LTCC согласно настоящему изобретению. ПЦР осуществляли в течение 45 циклов; удалось добиться амплификации за 45 мин, что показано на фиг. 14 в поз. (1). Кроме того, амплификацию также наблюдали при осуществлении 45 циклов ПЦР в течение 20 мин (2) и 15 мин (3). Обычно длительность ПЦР для выявления вируса гепатита В (45 циклов) составляет примерно 2 ч. Миниатюризация обеспечивает возможность точного измерения при меньшем размере образца и потреблении меньших объемов дорогостоящих реагентов. Низкие значения теплоемкости микросистем и малые размеры образцов обеспечивают возможность быстрого осуществления термических циклов при низких затратах мощности, что повышает скорость многих процессов, в том числе репликации ДНК путем микро-ПЦР. Кроме того, химические процессы, зависящие от поверхностных химических явлений,значительно ускоряются вследствие увеличения отношения площади поверхности к объему, возможного в микромасштабной технологии. Преимущества микрогидродинамических систем способствовали созданию интегрированных микросистем для химического анализа. Таким образом, карманное устройство 109 на основе микрочипа позволяет использовать технологию ПЦР вне сложных лабораторных условий, что расширяет области применения этой крайне мощной технологии как для клинической диагностики, так и для анализа пищи, скрининга крови в банках крови или в других областях применения. Существующее оборудование для ПЦР с несколькими реакционными камерами обеспечивает несколько участков для проведения экспериментальных исследований на ДНК, в каждом из которых реализуется один и тот же протокол температурного режима и которые поэтому неэффективны с точки зрения затрат времени. В связи с этим возникает необходимость в снижении времени проведения реакции и объема отбираемого образца. Согласно настоящему изобретению ПЦР в будущем может проводиться в системе из нескольких однотипных устройств, обладающих очень быстрой тепловой реакцией и надежно изолированных от соседних ПЦР-чипов, с целью создания возможности эффективного и независимого осуществления нескольких реакций по разным температурным протоколам при минимальных взаимных помехах.- 10015713 Анализ или количественное определение продуктов ПЦР осуществляют путем практической интеграции систем обнаружения по флуоресценции в реальном времени. Данная система также может быть интегрирована в системы количественного определения и обнаружения, предназначенные для диагностики таких болезней, как гепатит В (фиг. 14), СПИД, туберкулез и др. Другие возможные рынки включают в себя мониторинг пищи, анализ ДНК, криминалистические исследования и мониторинг окружающей среды. На фиг. 8 показан сравнительный график плавления фрагмента ДНК фага -636 в чипе со встроенными нагревателем и термистором. На фиг. 9 показано возрастание сигнала флуоресценции, связанное с амплификацией ДНК фага-311. Профилем изменения температуры управляли при помощи карманного устройства; реакцию осуществляли в чипе (3 мкл реакционной смеси и 6 мкл масла). Флуоресценцию исследовали с применением обычного синхронного усилителя. Согласно настоящему изобретению также предложена диагностическая система. Методика, использованная при разработке диагностической системы, состояла вначале в стандартизации протоколов температурного режима для небольшого количества задач и затем в обеспечении возможности осуществления данных протоколов в чипе. Праймеры, созданные для ДНК фрагмента 16S рибосом, амплифицировали фрагменты из E.coli и сальмонеллы размером примерно 300-400 п.о., в то время как праймеры для гена stn амплифицировали фрагмент из Salmonella typhi размером примерно 200 п.о. Получение продуктов было подтверждено путем обнаружения красителем SYBR Green, а также электрофорезом на агарозном геле. На фиг. 9 и 13 показаны изображения гелей с ДНК -311 и гена сальмонеллы, амплифицированных с помощью микрочипа. Профиль изменения температуры для амплификации ДНК -311: денатурация: 94C (30 с) 94C (30 с) - 50C (30 с) - 72C (45 с); элонгация: 72C (120 с). Профиль изменения температуры для амплификации гена сальмонеллы: денатурация: 94C (90 с) 94C (30 с) - 55C (30 с) - 72C (30 с); элонгация: 72C (300 с). ПЦР в обработанной крови и плазме. Кровь или плазму обрабатывали осаждающим агентом, способным осаждать из образцов основные компоненты, являющиеся ингибиторами ПЦР. В качестве матрицы использовали чистую надосадочную жидкость. С применением данного протокола амплифицировали фрагмент из Salmonella typhi размером примерно 200 п.о. (фиг. 10). На фиг. 10 на изображении, полученном после гель-электрофореза, показаны: 1 - контрольная реакция; 2 - продукт ПЦР в необработанной крови; 3 - продукт ПЦР в обработанной крови; 4 - продукт ПЦР в обработанной плазме. Буфер для прямой ПЦР в крови. Для прямого ПЦР-анализа с использованием образцов крови и плазмы был составлен специальный буфер. С применением данной специальной буферной системы была достигнута прямая ПЦРамплификация в крови и плазме. С применением данной буферной системы и чипа из LTCC согласно настоящему изобретению была достигнута амплификация в крови до 50% и в плазме до 40% (см. фиг. 11 и 12). На фиг. 11 на изображении, полученном после гель-электрофореза, показаны: 1 - продукт ПЦР - 20%, кровь; 2 - продукт ПЦР - 30%, кровь; 3 - продукт ПЦР - 40%, кровь; 4 - продукт ПЦР - 50%, кровь. На фиг. 12 на изображении, полученном после гель-электрофореза, показаны: 1 - продукт ПЦР - 20%, плазма; 2 - продукт ПЦР - 30%, плазма; 3 - продукт ПЦР - 40%, плазма; 4 - продукт ПЦР - 50%, плазма; 5 - контрольная реакция. Специальный буфер содержит буферную соль, хлорид или сульфат, в состав которого входит двухвалентный ион, неионогенное ПАВ, стабилизатор и сахарный спирт. На фиг. 16 показана кривая плавления ДНК -311, определенная по производной сигнала флуоресценции. На данном чертеже также проведено сравнение между настоящим изобретением (161) и ПЦРустройством известного типа (162).- 11015713 Более острый пик: высота пика/ширина пика по оси x на полувысоте = 1,2/43. Более пологий пик: высота пика/ширина пика по оси x на полувысоте = 0,7/63. Более высокая величина отношения означает большую остроту пика. По оси y на графике отложена производная (угол наклона кривой плавления), причем больший угол наклона означает более резкое плавление. На фиг. 19 показан вариант осуществления оптической системы со светоделителем, которая может применяться в карманном устройстве. Система обнаружения по флуоресценции содержит источник света в виде светодиода 193, линзу 196, предназначенную для фокусировки света, полосовой фильтр 195,предназначенный для отбора света с нужной длиной волны, светоделитель 191, линзу 198, служащую для фокусировки падающего пучка и сигнала от образца, находящегося в чипе 200, полосовой фильтр 194,предназначенный для отбора света с нужной длиной волны, фокусирующую линзу 197 и фотодетектор 192. На фиг. 20 показан вариант осуществления гибридной оптической системы, включающей в себя оптическое волокно и линзы. Данная система обнаружения по флуоресценции содержит источник света в виде светодиода, не показанный на чертеже, снабженный полосовым фильтром, связанным с оптическим волокном 213, с целью отбора света с нужной длиной волны. Оптическое волокно направляет свет на образец. Для фокусировки света, выходящего из оптического волокна, на образце возможно применение соответствующих линз. Для сведения пучка, испущенного образцом, находящимся в чипе 200, применяются линзы 212. Полосовой фильтр 214 осуществляет отбор испущенного света с нужной длиной волны; фокусирующая линза 212 фокусирует пучок на фотодетекторе. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Карманное устройство для микроанализа методом ПЦР (полимеразной цепной реакции), содержащее: а) ПЦР-микрочип, выполненный по технологии LTCC (получения керамики низкотемпературного спекания), содержащий нагреватель и реакционную камеру, предназначенную для размещения образца; б) контроллер нагревателя, предназначенный для регулирования нагревателя на основе входного сигнала, полученного от датчика температуры; в) оптическую систему обнаружения, предназначенную для обнаружения сигнала флуоресценции от образца; г) по меньшей мере один коммуникационный интерфейс, предназначенный для взаимодействия с другим(и) устройством(ами). 2. Устройство по п.1, в котором между нагревателем и реакционной камерой находится по меньшей мере один проводящий слой. 3. Устройство по п.1, в котором реакционная камера окружена проводящими кольцами. 4. Устройство по п.3, в котором проводящие кольца соединены с проводящим слоем стойками. 5. Устройство по п.1, в котором для измерения температуры чипа применяют датчик температуры,размещенный вне чипа или встроенный по меньшей мере в один слой чипа. 6. Устройство по п.1, в котором датчик температуры присоединен в качестве одного из плеч мостовой схемы, причем выходной сигнал упомянутой мостовой схемы усилен и затем подан на контроллер нагревателя с целью регулирования нагревателя. 7. Устройство по п.1, причем чип содержит прозрачную уплотнительную крышку, покрывающую реакционную камеру. 8. Устройство по п.1, в котором оптическая система содержит источник света и фотодетектор, а указанная оптическая система обнаружения выбрана из группы, включающей светоделительную оптическую систему обнаружения, гибридную оптическую систему обнаружения и разветвленную оптическую систему обнаружения. 9. Устройство по п.1, причем коммуникационный интерфейс выбран из группы, включающей последовательный интерфейс, USB, Bluetooth и их сочетания. 10. Устройство по п.1, причем другое устройство, получающее данные о температуре чипа и усиленный сигнал от карманного устройства, выбрано из группы, включающей смартфон, персональный цифровой помощник и программируемое устройство. 11. Способ мониторинга карманного устройства для микроанализа методом ПЦР (полимеразной цепной реакции) и управления им, который включает следующие стадии: а) установление обмена данными между карманным устройством для ПЦР-микроанализа и другим устройством через коммуникационный интерфейс; б) запуск процесса осуществления температурных циклов на основе значений профиля температур,полученных от другого устройства, осуществляющего управление ПЦР-микрочипом, выполненным по технологии LTCC (получения керамики низкотемпературного спекания); в) отправка оптического сигнала, обнаруженного оптической системой, на другое устройство.- 12015713 12. Способ по п.11, согласно которому передача значений температурного профиля в другое устройство, создание, изменение или удаление температурных профилей осуществляются через пользовательский интерфейс. 13. Способ по п.11, согласно которому другое устройство предусматривает аутентификацию пользователя, причем в упомянутом другом устройстве хранится множество температурных профилей. 14. Способ по п.11, согласно которому температурный профиль предусматривает задание значения температуры и количества циклов, причем чип поддерживают при заданной температуре в течение времени, заданного контрольным значением. 15. Способ по п.11, согласно которому температуру ПЦР-микрочипа доводят до комнатной температуры путем остановки процесса осуществления температурных циклов и поддерживают постоянную температуру ПЦР-микрочипа при остановленном термическом цикле. 16. Способ по п.11, согласно которому температурные и оптические данные отображают на дисплее другого устройства.