CN103732757B - 热对流聚合酶连锁反应装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种热对流聚合酶连锁反应装置。该热对流聚合酶连锁反应装置是用于承置一试管，使聚合酶连锁反应于该试管内进行，该聚合酶连锁反应装置包含有一绝热座以及一加热座，其中该绝热座具有一本体，一容室位于该本体内部用于容纳试管底部，一侧通道连通该容室与外界，以及一上通道连通该容室与外界，用于供该试管穿置：该加热座穿设于该绝热座的侧通道，用于贴抵于试管的底部。该装置可减少热源产生的高温干扰位于试管中段至上段的PCR混合液的散热，并适用同步聚合酶连锁反应方法。
Description
技术领域
本发明与聚合酶连锁反应仪器有关，特别是指一种热对流聚合酶连锁反应装置。
背景技术
在生技领域中，聚合酶连锁反应(PCR)已成为一项扩增特定核酸序列的成熟技术，此反应过程需要三个主要步骤：「变性反应」、「引子黏合反应」及「延展反应」，其各需不同的反应温度。变性反应的温度一般介于90至97℃之间；引子黏合反应的温度是依据所用引子的解链温度而选择，一般是介于35至65℃之间；延展反应的一般温度为72℃。
热对流聚合酶连锁反应方法主要是将装有PCR混合液的试管底部埋置于热水中，试管的其余部分则暴露于室温空气中散热，使PCR混合液底部至表面呈渐减的温度梯度如97℃至35℃，以诱发热对流，使PCR混合液经历不同的温度区段而进行不同的反应步骤。
但是，由于热水表面会产生高温蒸气并往上对流，将干扰该试管中段至上段的散热，使混合液表面较难达到符合引子黏合反应所需的温度。
另外，在同步聚合酶连锁反应(real-timePCR)方法中为实时侦测反应是否完成，需向PCR混合液中添加荧光染剂，并以激光由试管下方照射该混合液，侦测反应混合液中荧光的强度，以得知PCR反应是否完成，由于现有反应装置于试管底端以热水加热，热水会严重干扰激光的照射，使现有装置无法执行同步聚合酶连锁反应。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种热对流聚合酶连锁反应装置，该装置可减少热源产生的热气干扰试管中段至上段的散热。
本发明的另一目的在于提供一种热对流聚合酶连锁反应装置，其可适用同步聚合酶连锁反应方法。
为达成上述目的，本发明所提供的聚合酶连锁反应装置，是用于承置一试管，使聚合酶连锁反应于该试管内进行，该聚合酶连锁反应装置包含有一绝热座以及一加热座，其中该绝热座具有一本体、一位于该本体内部容纳该试管底部的容室、一连通该容室与外界的侧通道，和一连通该容室与外界的上通道，用以供该试管穿置；该加热座穿设于该绝热座的侧通道，贴抵于该试管的底部。
附图说明
图1为本发明第一较佳实施例的立体图；
图2为本发明第一较佳实施例的另一立体图；
图3为图1沿3-3剖线的剖视图；以及
图4为本发明第一较佳实施例的动作示意图。
【主要元件符号说明】
10热对流聚合酶连锁反应装置
12试管121底部122中段
123上段
20绝热座22本体24容室
261侧通道262上通道
263下通道
30加热座
40发光模块43滤光片
50导热座52本体54通道
541大径段542小径段
56反应室
60试管架62容置孔
70动力装置
80光纤
90光感测装置
P1接触位置
P2脱离位置
具体实施方式
为了更了解本发明的特点所在，现举以下一较佳实施例并配合附图说明如下：
图1图2图3图1图4如图1至图3所示，本发明的较佳实施例所提供的热对流聚合酶连锁反应装置10主要包含有一绝热座20、一加热座30、一发光模块40、一导热座50、一试管架60以及一动力装置70。
绝热座20具有一本体22、一容室24位于本体22内部用于容纳试管12的底部121、一侧通道261连通容室24与外界，以及一上通道262连通容室24与外界，用于供试管12穿置；加热座30一端穿设于绝热座20的侧通道261，贴抵于试管12的底部121。
绝热座20由塑料或陶瓷所制成，其中塑料可为尼龙与玻璃纤维的复合物或压克力与ABS塑料的复合物，因此该绝热座具低导热性；加热座30由金属如铜所制成，因此其具有高导热性。加热座30是以电力产生热能，可避免高温水蒸气的产生，且上通道262与试管12之间的空隙很小，即使加热座30会将容室24内的空气加热，热气对试管12中段122至上段123的散热的干扰程度也不大。
为实时侦测每次PCR循环后的产物总量，也即进行同步聚合酶连锁反应，本实施例中发光模块40位于绝热座20下方，如图3所示，且绝热座20具有一下通道263供发光模块40所发出的光进入容室24。发光模块40可发出一特定波长的光经过下通道263照射试管12中PCR混合液，并激发PCR混合液中具有荧光性质的粒子使其发出荧光，再以一光纤80以及一光感测装置90侦测试管12中的荧光强度即可得知混合液中的产物总量。
由于本发明是以加热座30而非热水加热试管12底部121，所以发光模块40所发出的光不受热水干扰，并且由于加热座40设置于试管12侧面，发光模块40设置于试管12下方，使发光模块40所发出的光可照射到整支试管，因此，本发明可适用同步聚合酶连锁反应方法，达成本发明的目的。
实际使用时，发光模块40可采用一LED模块、卤素灯、氚气灯或氙气灯，且容室24与发光模块40之间设有一滤光片43以过滤该LED模块发出的光，只允许特定波长的光照射试管12。
为加强试管中段122至上段123的散热，本发明设置导热座50，如图3所示，导热座50具有一本体52以及一通道54，其中本体52设于绝热座20上方；通道54穿设于本体52且与绝热座20的上通道262连通，用于供试管12穿置。反应进行时，试管中段122至上段123位于导热座50的通道54中，由于导热座50是由易散热材质如铝合金、铜合金等金属制成，试管12中PCR混合液的热能通过周围空气传递至导热座50，即可迅速逸散，使PCR混合液在向上对流时逐渐降低温度，约在中段122时PCR混合液可降至延展反应所需的温度如72℃，到达表面时PCR混合液温度更可降至低于引子黏合反应所需的温度如35℃，如此反复循环对流，即可使PCR反应不断进行。
事实上，绝热座20的容室24、上通道262以及导热座50的通道54构成一反应室56，且反应室56内的热流由导热座50导引至外界，因此整体看来，加热座30由试管底部121输入热能，而导热座50将试管中段122与上段123的热能以及来自绝热座20上通道262的热气的热能导出，使反应室56内试管12中的PCR混合液以及试管12外的空气都维持一由下往上渐低的温度梯度。
换言之，绝热座20隔绝外界环境与反应室56的直接热交换，导热座50将内部热流导出，如此，可有效排除反应室56外的环境影响，形成反应室56内稳定的温度梯度，进而使热对流聚合酶连锁反应能稳定地进行。
为使试管12内的温度梯度更有利于PCR反应进行，导热座50的通道54具有一大径段541，以及一小径段542位于大径段541下方。位于小径段542的PCR混合液散热较快，在上方的大径段541则较慢，经过多次实验测试，证实此结构可以使PCR反应更有效率地进行，实验分别在10至40℃间的7个不同环境温度下进行PCR反应，将加热座30的温度设定在104至115℃之间，使试管底部121内的PCR混合液温度达到93至97℃，导热座50的温度经过测量为36至53℃，而该混合液表面的温度则在36～53℃之间，使PCR反应得以有效率地进行。
为使试管12稳固地插置于导热座50与绝热座20，导热座50上方设置一试管架60，且试管架60具有一容置孔62用于供该试管12插置。容置孔62的形状与试管上段123互补，因此使试管12置放于容置孔62时，不会相对于试管架60移动。
请参阅图3及图4，本发明可增设一动力装置70与加热座30连接，使加热座30可在一接触位置P1与一脱离位置P2之间移动。实际运作时，动力装置70可采用而不限于马达、气压缸、油压缸，当动力装置70移动加热座30至接触位置P1时，加热座30可接触试管底部121而加热位于底部121的PCR混合液；当动力装置70移动加热座30至脱离位置P2时，加热座30便脱离试管12而停止对试管底部121加热。
基于本发明的精神，此装置的结构也可有多种变化方式，例如：LED模块与滤光片43也可设于下通道263内，如此可缩小此装置的体积；发光模块40也可采用一激光模块而不设滤光片43。凡基于本发明构思的结构变型，均应为本发明申请专利范围所涵盖。
工业应用
本发明装置可减少热源产生的热气干扰试管中部至上段的散热，且可适用同步聚合酶连锁反应方法。
Claims (12)
1.一种热对流聚合酶连锁反应装置，用于承置一试管，使聚合酶连锁反应于所述试管内进行，其特征在于：该热对流聚合酶连锁反应装置包含有：
一绝热座，具有一本体、一位于本体内部且容纳试管底部的容室、一连通容室与外界的侧通道，和一连通容室与外界的上通道，该上通道用于供所述试管穿置，且上通道与试管之间的空隙很小；以及
一加热座，以电力产生热能，穿设于绝热座的侧通道，贴抵于试管的底部。
2.根据权利要求1所述的热对流聚合酶连锁反应装置，其特征在于：所述绝热座的材质为塑料或陶瓷。
3.根据权利要求1所述的热对流聚合酶连锁反应装置，其特征在于，所述加热座的材质为金属。
4.根据权利要求1所述的热对流聚合酶连锁反应装置，其特征在于：所述装置还包含有一位于绝热座下方的发光模块，且所述绝热座还具有一供所述发光模块所发出的光进入所述容室的下通道。
5.根据权利要求4所述的热对流聚合酶连锁反应装置，其特征在于：所述装置还包含有一滤光片设于所述容室与所述发光模块之间，且所述发光模块为一LED模块、卤素灯、氚气灯或氙气灯。
6.根据权利要求4所述的热对流聚合酶连锁反应装置，其特征在于：所述发光模块为一激光模块。
7.根据权利要求1所述的热对流聚合酶连锁反应装置，其特征在于：所述装置还包含有一导热座，所述导热座具有一本体设于所述绝热座上方，和一通道穿设于所述本体且与所述绝热座的上通道连通，用于供所述试管穿置。
8.根据权利要求7所述的热对流聚合酶连锁反应装置，其特征在于：所述导热座的材质为金属。
9.根据权利要求7所述的热对流聚合酶连锁反应装置，其特征在于：所述绝热座的容室、上通道以及所述导热座的通道构成一反应室，且所述反应室的热能由所述导热座导引至外界。
10.根据权利要求7所述的热对流聚合酶连锁反应装置，其特征在于：所述通道具有一大径段，以及一位于所述大径段下方的小径段。
11.根据权利要求7所述的热对流聚合酶连锁反应装置，其特征在于：所述装置还包含有一试管架，设置于所述导热座上方，且所述试管架具有一供试管插置的容置孔。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的热对流聚合酶连锁反应装置，其特征在于：所述装置还包含有一动力装置，与所述加热座连接，使所述加热座可在一接触位置与一脱离位置之间移动。
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