通过试剂容器以热对流进行定量聚合酶链式反应的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种通过试剂容器以热对流进行定量聚合酶链式反应的装置，包括：第一架体，设于水平面且具有第一穿孔，风扇与通风口，具有上表面及下表面，下表面包含加热线圈及第一温度感测器；第二架体，设于第一架体的下方与水平面平行，具有第二穿孔，上表面及下表面，下表面包含与水平面平行的夹持凹槽且第二穿孔与夹持凹槽连接；玻璃装置，设于夹持凹槽内，包含上平面、下平面及接点，上平面或下平面具有透明导电薄膜，玻璃的大小与夹持凹槽相同并以上平面或下平面固定于夹持凹槽，接点设于涂布有透明导电薄膜的同一侧；电源供应装置；光源；光信号接收器；处理器；以及容置空间，设于第一架体及第二架体间。本发明专利技术可节省整体反应时间。

Quantitative Polymerase Chain Reaction Device with Thermal Convection through Reagent Container

【技术实现步骤摘要】
通过试剂容器以热对流进行定量聚合酶链式反应的装置
本专利技术涉及一种聚合酶链式反应的装置。更具体的，本专利技术涉及一种以试剂容器底部加热顶部散热的热对流，于试剂容器内建立一自下而上的温度梯度，启动并进行聚合酶链式反应的装置。
技术介绍
聚合酶链式反应PolymeraseChainReaction,以下简称PCR为一种快速放大DNA信号的技术，其原理及主要操作步骤为(a)变性(denature)：利用高温(90～95℃)将双股DNA解离成单股DNA，再以单股DNA作为复制的模板；(b)引子黏合(primerannealing)：温度降低到适当温度时，引子会粘附到正确的目标基因位置；(c)引子延长(primerextension)：反应温度修正到72℃，DNA聚合酶将脱氧核糖核苷三磷酸(deoxy-ribonucleotidetriphosphate,以下简称dNTPs)逐次粘附于引子之后，合成另一股新DNA片段。通过变性-引子黏合-引子延长三个步骤不断重复进行核酸信号放大，每重复一次三个步骤的操作，目标基因的数目就可扩增一倍，若设定三个步骤操作共进行40次循环，目标基因的数量就可以放大近109倍，PCR可体外大量获得目标基因片段，因此作为目前临床诊断大量使用的分子诊断技术之一，可应用于包含遗传疾病诊断、病原菌诊断、肿瘤癌症的诊断预后评估、以及基础研究等项目。同理，由PCR技术衍生而来的RT-PCR也具有相类似的应用原理，因此同样作为目前被临床诊断大量运用的技术。目前常被使用来进行PCR或RT-PCR反应装置多半以温控金属可加热及冷却的特性，用来进行反复升温降温的操作，以达到PCR三个步骤的反应温度，通过加热塑料制成的试剂容器传递热量至试管内的试剂以及反应物(其内包含目标基因的片段)，来达成目标基因信号放大的效果。但此种利用温控金属反复升降温的机台一般而言体积较大，此为求有效温控，整个温控系统必须具有较大的体积及热容比，且依照目前机台的设计，多数时间用于等待温控金属的升温或降温至反应温度，如以一般试验所需的循环次数约为30-35次左右，则利用传统机台所需反应时间约介于二至三个小时间，造成反应时间较难缩减，也因此无法应用于需要在极短时间得知结果的试验。为了改良传统PCR机台的问题，研究人员开发将微流体芯片应用于PCR的技术。微流体芯片的特点是将检测程序中所需利用的种种元件，如混合反应槽、加热反应槽、分离管道，与检测槽等，以特殊加工技术于玻璃、塑胶、或是硅胶类材料上刻蚀出微米等级的反应管道及分析元件，再通过外加电压所产生的电渗流，或利用微型泵浦或离心力的方式，驱动待测物或指定试剂在各元件间相连的微管道中移动，以完成检测；若是试剂中有添加荧光物质或具有专一性的探针，亦可于芯片中加入检测荧光的机构以利进行目标基因定量，此种一体成型的多功能芯片，也称之为“实验室平台芯片”(lab-on-a-chip)。由于所有分析均在微米管道中进行，因此不仅只需极少量的试剂及反应物即可完成检验，也因系统热传导效率相较于传统机台高出许多，使得分析时间也可相对缩短。目前已开发的PCR生物芯片包含了微温度感测器、微加热器及微控制器。由于感测器及加热器都整合在PCR芯片的内部，芯片得以快速且准确执行温度的循环控制，其温度控制是三个温度，分别是变性(约90～95℃)、引子黏合(50～65℃)、以及引子延长(72℃)三个不同的温度区间，并视测试需求决定循环次数。此种微流体芯片的技术与传统PCR技术相较，其优点在于因微流体芯片减少试剂或反应物的体积以及整体热容比，因此可减少反应时间以及试剂的消耗，但由于此技术仍需要反复在三个不同温度区间升降温，因此仍存在有升降温时间过长的问题。另一种已开发的微流体芯片则排除加热器反复升降温的设定，此系统利用特殊设计的推动力对流道内的反应物及试剂加压，使反应物及试剂在特殊加工设计的流道中，反复流经三个不同的温度区间，而完成目标基因放大的效果。利用此种技术进行PCR虽可以排除因升降温造成的时间耗费，但由于此种技术的系统需要包含复杂的加压系统及液体驱动系统，且液体驱动系统又与液体的体积极粘度息息相关，造成系统及仪器制作及调控上的困难，因此也间接地限制了此种技术的发展。研究人员亦开发另一种利用热对流循环在不同位置达到不同温度藉此使内部试剂及反应物得以进行PCR的技术来解决传统PCR机台高电容比及高耗时的问题。此种技术利用一高温一低温的热源，对一封闭式且内含试剂及反应物的试管上下端进行加热，通过上下端温差进驱动试管内的液体流经不同的温度区间以进行PCR反应。此种技术虽然克服了加热器因反复升降温而造成的时间耗损，亦不需要通过外部加压的方式来驱动试管内的液体流动循环，但此种双热源加热的技术为排除外界温度的干扰，两个热源需要有个别的温控系统(包含温度感测器)，亦需处理调控二者温度差异以利形成引子粘合所需的反应温度，因此在温度调节部分产生相当复杂的调控机制，兼以加热器多半为块状金属，因此机台的体积因无法降低热容比而无法缩小，且其复杂的温控机制及金属加热系统亦使制造费用居高不下。鉴于上述问题，本专利技术揭露一种可以解决前述机台体积过大、或反复升降温造成时间耗损问题的聚合酶链链式反应装置。
技术实现思路
本专利技术涉及一种热对流式聚合酶链式反应的装置。此装置利用透明导电物质(Transparentconductivematerial)涂布的玻璃，或称透明导电薄膜(Transparentconductivethinfilm)作为加热装置，并于其上设有温度感测器用以检测加热装置的温度。装置启动后，将添加有反应物及试剂的试剂容器底部与加热装置接触，热源经由透明导电薄膜由试剂容器底部传导至试剂容器中，试剂容器内较靠近底部接触部位的液体首先开始加热，并通过试剂及反应物的对流逐渐将热量传递至较远离接触部位的液体，越远离接触部位的试剂及反应物，其温度会越低，通过不断的热对流循环，试剂容器内部的试剂及反应物将呈现一连续性温度梯度分布的情形。当较靠近接触部位的反应物及试剂加热至95℃时，该部位的反应物及试剂即开始进行变性(denature)的步骤，通过试剂容器内部的热对流循环达到进行引子粘合(primerannealing)以及引子延长(primerextension)的温度，因此此二步骤亦随之循环进行，通过此装置即可达到PCR的效果。为了确保试剂容器内的温度循环可以顺利进行PCR而不受外界气温的影响，本专利技术包含一个用于容纳试剂容器的容置空间，且该容置空间分为上下半部。上半部的容置空间可与外部空间联通，并包含有可调控式的风扇、加热线圈，以及通风口，此设置为将容置空间上半部的温度维持在一定温度区间内，以利反应顺利进行；反之，若一仪器未设置此种上部容置空间，而任由试剂容器的顶部暴露于开放环境中，则必然面临环境温度不同和空气流动，此将造成试剂容器顶部温度的不同，进而影响试剂与反应物的热对流温度，而导致PCR无法顺利进行的结果。容置空间的下半部除可容纳试剂容器置放的开口外，并未有其他与外界连通的开口，因此，当试剂容器置放完成后，此容置空间的下半部区域即成为一个密闭空间，该段位于容置空间的试剂容器就不会暴露于外界温度和气流等的不稳定环境中，当装置运作时，位于下半部的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过一试剂容器以热对流进行定量聚合酶链式反应的装置，所述试剂容器装载有一反应物及一试剂，且所述试剂包含一荧光物质或一探针，其特征在于，所述装置包含有：一第一架体，设于一水平面，且具有一第一穿孔，一风扇，与一通风口，所述第一架体具有一上表面及一下表面，且所述下表面更包含一加热线圈及一第一温度感测器；一第二架体，设于所述第一架体的下方，与所述水平面平行，所述第二架体具有一第二穿孔，所述第二架体具有一上表面及一下表面，且所述第二架体的下表面更包含一夹持凹槽，所述夹持凹槽与所述水平面平行，且所述第二穿孔与所述夹持凹槽连接；一玻璃装置，设于所述夹持凹槽内，所述玻璃装置包含一上平面、一下平面及一接点，所述上平面或所述下平面具有一透明导电薄膜，所述玻璃装置的大小约与所述夹持凹槽相同并以所述上平面或所述下平面固定于所述夹持凹槽，所述接点设于涂布有透明导电薄膜的同一侧；一电源供应装置，所述电源供应装置提供电源至所述接点，使所述玻璃装置进行加热；一光源，用于激发所述荧光物质或探针；一光信号接收器，用于检测及接收荧光信号；一处理器，用于处理及调控系统；以及一容置空间，设于所述第一架体及所述第二架体间，用于容置所述试剂容器，所述试剂容器穿过所述第一穿孔置入该容置空间，再穿越所述第二穿孔及所述夹持凹槽并与所述玻璃装置上平面接触；其中所述电源供应装置供应电流至所述接点，使所述玻璃装置开始升温，当所述玻璃装置升温至指定温度，此时聚合酶链式反应开始进行，则经所述光源激发后，所述荧光物质或所述探针放出特定波长的荧光并被所述光信号接收器测得，并将结果回馈于所述处理器；其中，所述第一温度感测器若测得温度已超过一指定温度时，会将该测得环境温度反馈给所述处理器，所述处理器则会启动所述风扇进行降温，当降温至指定环境温度时，所述第一温度感测器会将该结果反馈给所述处理器，所述处理器则会停止所述风扇的运转；若所述第一温度感测器若测得环境温度已低于一指定环境温度范围时，会将该测得环境温度反馈给所述处理器，所述处理器则会启动所述加热线圈进行升温，当升温至指定环境温度时，所述第一温度感测器会将该结果反馈给所述处理器，所述处理器则会停止所述加热线圈的运转。...

【技术特征摘要】
1.一种通过一试剂容器以热对流进行定量聚合酶链式反应的装置，所述试剂容器装载有一反应物及一试剂，且所述试剂包含一荧光物质或一探针，其特征在于，所述装置包含有：一第一架体，设于一水平面，且具有一第一穿孔，一风扇，与一通风口，所述第一架体具有一上表面及一下表面，且所述下表面更包含一加热线圈及一第一温度感测器；一第二架体，设于所述第一架体的下方，与所述水平面平行，所述第二架体具有一第二穿孔，所述第二架体具有一上表面及一下表面，且所述第二架体的下表面更包含一夹持凹槽，所述夹持凹槽与所述水平面平行，且所述第二穿孔与所述夹持凹槽连接；一玻璃装置，设于所述夹持凹槽内，所述玻璃装置包含一上平面、一下平面及一接点，所述上平面或所述下平面具有一透明导电薄膜，所述玻璃装置的大小约与所述夹持凹槽相同并以所述上平面或所述下平面固定于所述夹持凹槽，所述接点设于涂布有透明导电薄膜的同一侧；一电源供应装置，所述电源供应装置提供电源至所述接点，使所述玻璃装置进行加热；一光源，用于激发所述荧光物质或探针；一光信号接收器，用于检测及接收荧光信号；一处理器，用于处理及调控系统；以及一容置空间，设于所述第一架体及所述第二架体间，用于容置所述试剂容器，所述试剂容器穿过所述第一穿孔置入该容置空间，再穿越所述第二穿孔及所述夹持凹槽并与所述玻璃装置上平面接触；其中所述电源供应装置供应电流至所述接点，使所述玻璃装置开始升温，当所述玻璃装置升温至指定温度，此时聚合酶链式反应开始进行，则经所述光源激发后，所述荧光物质或所述探针放出特定波长的荧光并被所述光信号接收器测得，并将结果回馈于所述处理器；其中，所述第一温度感测器若测得温度已超过一指定温度时，会将该测得环境温度反馈给所述处理器，所述处理器则会启动所述风扇进行降温，当降温至指定环境温度时，所述第一温度感测器会将该结果反馈给所述处理器，所述处理器则会停止所述风扇的运转；若所述第一温度感测器若测得环境温度已低于一指定环境温度范围时，会将该测得环境温度反馈给所述处理器，所述处理器则会启动所述加热线圈进行升温，当升温至指定环境温度时，所述第一温度感测器会将该结果反馈给所述处理器，所述处理器则会停止所述加热线圈的运转。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其应用于即时定量聚合酶链式反应。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光信号接受器为光电二极管、光电倍增管、感光耦合元件、或互补式金属氧化物半导体。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：赖盈达，欧育诚，洪铭隆，钟政岳，陈翰毅，
申请(专利权)人：克雷多生物医学私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG