CN105733939A - 恒温旋转装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种恒温旋转装置，其利用一致动器带动铜质腔体旋转，可于旋转的过程同时控制腔体温度、并撷取腔体中每一根试管的荧光信号，因铜质腔体旋转将会带动薄膜加热器的电源线转动，对应设计二对铜棒与其对应轨道，通过滑动接触来解决绕线问题，且采用单一光通道，单一激发光源与单一光侦测器，分别位于铜质腔体的上侧与侧边，提高多管之间的信号一致性，达到多管信号的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及一种恒温旋转装置，尤其是涉及一种提供一致动器带动铜质腔体旋转，可于旋转的过程同时控制腔体温度、并撷取腔体中每一根试管的荧光信号。
背景技术
在分子检测市场中，聚合酶链锁反应(Polymerasechainreaction，PCR)是目前最广泛使用的核酸增幅方式，依据反应温度条件可以大概分成二种技术：第一种需温度升降循环(thermalcycling)，第二种需定温操作的恒温扩增(Isothermalamplification)技术来完成扩增反应。后者由于是在恒温条件下进行目标核酸放大，所以不像前者需传统的热循环仪，整体系统可以比聚合酶链锁反应系统简化又更有效率。
目前市场上的分子诊断系统以大型平台为主流，多采用上述第一种技术的温度升降循环(Thermalcycling)方式进行核酸扩增，其缺点为临床样本至结果的整体检测过程需要花费较长时间。本发明所提供装置，为采用上述第二种技术，采取定温核酸扩增检测设计，配合试剂简化检测系统平台需求，可在恒温条件下同时进行多管目标核酸放大，较第一种技术而言可缩短反应时间，并具有足够高的灵敏度。未来更可扩充侦测多样品数(multiplex)，继续往小型化的分子诊断系统发展。
发明内容
基于解决以上所述现有技术的缺失，本发明提供一种恒温旋转装置，其主要目的在于利用一致动器带动第一温控单元的铜质腔体旋转，可于旋转的过程同时控制腔体温度、并撷取腔体中每一根试管的荧光信号。首先应用模拟软件进行腔体构型的热传分析，由此分析每一根试管的受热均匀程度，而满足后续量测重复性及重现性的要求。其次设计开发对应的光学模块，以符合荧光量测规格。接续致力于开发周边机构以及电路设计模块。为实现平行检测并避免多通道之间的信号误差，采用单一的发光二极管(LED)光源和单一互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器，以旋转样本的方式取代光学扫描，达到快速精准定位。
本发明另一目的在于提供一第一温控单元以通过马达来带动旋转，因此在旋转中既要维持温度的恒定、又要避开机构上的干涉，利用二对铜棒与其对应轨道，通过滑动接触来解决绕线问题。
本发明的另一目的在于第一温控单元设置一环形导槽对于铜质腔体的加热，模块主要分成两个部分，第一个是第一温控单元的主体八边形铜质腔体的加热块(如图2所示)，第二个是在第一温控单元上方的第二温控单元(如图5所示)，两者都安置一温度感测器作为腔体的回授装置，同时提供恒温控制，使得第一温控单元的铜质腔体中的8管试剂在65℃的恒温下反应。此外上盖部分也设计60℃保温模块，以避免试管内产生水蒸气。
本发明的另一目的在于第一温控单元的铜质腔体上方的一金属块，则是使用一加热模块(HeatingModule)来驱动，本案在该金属块内侧黏贴一加热片和一薄膜型的温度感测器(Sensor)，该金属块外面再以一电木材质来包覆，该金属块和该电木之间设置有一螺纹可调整加热位置的高低，该加热模块可通过一旋钮来设定温度的高低；或改变一可变电阻的阻值大小来调整温度设定的参数。
本发明的另一目的在于针对第一温控单元的八边形铜质腔体的加热模块中，设置一控制器(controller)和一放大器(amplifier)来进行驱动，同时并使用旋转式温度感测器(热电偶方式输出)来侦测温度的变化。该加热模块可以通过电脑端的界面程序来控制各项温度高低、上升斜率等操作的参数，以维持在旋转中的温度恒定，并避开机构上的干涉。
为达上述目的，本发明为一种恒温旋转装置，其包括有：
第一温控单元，用以对设置于该第一温控单元内的至少一反应混合物予以加热及做温度控制，每一反应混合物外部设置有一光学视窗及一入光孔；
第二温控单元，与该第一温控单元连接，并使该反应混合物进行扩增反应及在恒温环境下进行反应；
旋转单元，延伸一驱动轴与该第一温控单元及该第二温控单元连接，以使该第一温控单元及该第二温控单元做一旋转动作；
光源暨光学侦测单元，发光一光源至该第一温控单元的该入光口后至该反应混合物处，该反应混合物受激发的光线通过该光学视窗后，由一光学侦测单元接收；以及
控制单元，用以控制该第一温控单元、该第二温控单元、该旋转单元及该光源暨光学侦测单元作动。
附图说明
图1为本发明恒温旋转加热装置的立体外观示意图；
图2为本发明恒温旋转加热装置除去外部壳体后的立体结构示意图；
图3为本发明恒温旋转加热装置的导电及光学侦测结构示意图；
图4为本发明恒温旋转加热装置的导电及旋转结构示意图；
图5为本发明恒温旋转加热装置的加热结构示意图；
图6A为本发明导电柱的立体透视结构示意图；
图6B为本发明导电柱的立体分解结构示意图；
图7为本发明光源立体分解结构示意图；
图8为本发明恒温旋转加热装置与市售商业机种于同样条件下所获得反应曲线图。
符号说明
11～第一壳体
12～第二壳体
121～密闭盖
13～第三壳体
2～第一温控单元
21～主体
211～试管孔
212～加热膜
213～入光孔
214～光学视窗
22～转盘
221～环形导槽
23～第一座体
3～第二温控单元
31～第二座体
4～旋转单元
41～驱动轴
51～光源
511～定位架
512～发光二极管
513～滤镜
52～光学侦测单元
521～滤镜
6～导电柱
61～绝缘筒
62～导电凸柱
63～弹性体
7～定位装置
8～温度回授装置
具体实施方式
现配合下列的附图说明本发明的详细结构，及其连结关系，以利于对本发明作进一步了解。
请参阅图1所示，其为本发明恒温旋转加热装置的立体外观示意图，其中第一壳体11、第二壳体12及密闭盖121内部空间，设置有第一温控单元、第二温控单元、光源暨光学侦测单元及控制单元，该第一壳体11、第二壳体12及密闭盖121除了具有保护内部元件的功能以外，还具有使整体试管都维持一致的温度，避免外界环境造成温差，并可防止试管中的液体蒸发而导致非预期的量测结果。第三壳体13内部空间则设置有旋转单元，而第三壳体13也具有保护的作用，以形成本发明的外观。
请参阅图2至图5所示，其为本发明恒温旋转加热装置的结构示意图，包括有：一第一温控单元2，用以对设置于该第一温控单元2内的至少一反应混合物予以加热及做温度控制，该反应混合物被容置于该第一温控单元2的一试管孔211中(本实施例为使用八根试管置于该试管孔211中)，每一反应混合物外部设置有一光学视窗214及一入光孔213，该光学视窗214为一穿孔或一透镜所构成，该第一温控单元2还包括有一加热器；一第二温控单元3，与该第一温控单元2连接，并使该反应混合物进行扩增反应及在恒温环境下进行反应；一旋转单元4，延伸一驱动轴41与该第一温控单元2及该第二温控单元3连接，以使该第一温控单元2及该第二温控单元3做一旋转动作，该旋转单元4为一步进马达(StepMotor)所构成的；一光源51暨光学侦测单元52，发光一光源51至该第一温控单元2的该入光口213后至该反应混合物处，穿透该反应混合物的光线，通过一光介质(本实施例为使用具荧光反应物)经光学视窗214、由光学侦测单元52接收，得到一荧光量测值，该光学侦测单元52由一影像感测器所构成；一控制单元(图中未示)，用以控制该第一温控单元2、该第二温控单元3、该旋转单元4及该光源51暨光学侦测单元52作动。
上述该控制单元的控制方法为：为使光源51在系统运作过程中维持电力输出(PowerOutput)的稳定，故采取发光二极管的回授控制(LEDFeedback)控制，发光二极管是由控制单元(ControlCircuit)来控制调整输出光功率强度，而在光源机构侧边开孔放置一影像侦测集成电路(Photo-DetectorIntegratedCircuit，PDIC)来侦测发光二极管的光强度，影像侦测集成电路的光电流流经后端的侦测电路(DetectionCircuit)后转换成电压信号，再经过一模拟/数字转换器来分辨此光信号的大小，当固体程序计算出光信号的强弱，便经由内部的数字/模拟转换器转换成电压信号微幅去控制发光二极管控制电路(LEDControlCircuit)输出电流的大小，进而改变发光二极管输出电力(LEDOutputPower)大小，以达到稳定发光二极管的发光功率的机制。
上述该第一温控单元2还包括有一加热器，该加热器为在该第一温控单元2的主体21外侧贴覆一加热膜212而构成的。
为了防止旋转绕线现象，试管孔211周围固定一组材质为电木的转盘22，该转盘22下方还设置有一环形导槽221，提供二个轨道使用铜环覆盖并且分别提供加热膜212的正负电压传导，该环形导槽221可供多个导电柱6接触(本实施例为四个，分别为以两两方式分布于该二个环形导槽211)，该些导电柱6用以供应该第一温控单元2所需电力，该导电柱6由一绝缘筒61内设置一导电凸柱62及一弹性体63所构成(如图6A、图6B所示)。
请参阅图7所示，该光源51暨光学侦测单元52包括有一单一光源51及一单一光学侦测单元52，该单一光源51为一发光二极管512及一定位架511所构成，该单一光学侦测单元52采用非导热、不透光材质制作而成。该单一光源51及该单一光学侦测单元52之间至少设置有一滤镜(513或521)，在本实施例中，该滤镜513被设置于二定位架之间，以使光源51的特定波长通过该滤镜513；或该滤镜521被设置于光学侦测单元52之前，以使特定被激发波长通过该滤镜521，使光学侦测单元52达到光学精确量测的功效(如图3、图4所示)。单一光源51所射出的光线，能穿过含有荧光染剂(例如SybrGreen)的反应混合物，并射入光学侦测单元52(例如CCD、CMOS、PD相机/影像感测器)，通过侦测到的光强度等信号来即时判断核酸放大反应的程度。
上述该第一温控单元2的主体21由铜材质金属所构成，该第一温控单元2的主体21为一多角体，且该多角体为六角体或是八角体，而本实施例所列举为八角体，但本发明不以此自限，凡举四边体(正方体或长矩形体)、十角体，甚至十二角体以上的多角体，都在本案的保护范围。
上述该第一温控单元2与该第二温控单元3之间还设置有第一座体23，该第二温控单元3与该第一座体23连接方式为螺合，并通过螺合深浅来调整该第一、二温控单元(2、3)的间距，该第二温控单元3上方还连接有一第二座体31，该第二座体31与该第二温控单元3连接方式为螺合，该第二座体31上还连接有一温度回授装置8，用以将所侦测温度数值回授到该控制单元，该第二座体3与该温度回授装置8连接方式为螺合。
上述该旋转单元4还连接有一定位装置7，该定位装置7用以控制该第一温控单元2及该第二温控单元3的停止位置，以便于该光学侦测单元52做一接收，该定位装置7与该第一温控单元2所连接的一转盘22的外缘上的局部突起，作为归零点(Home)以产生定位作用。
请参阅图8所示，在旋转模式下，使用相同浓度的试剂配方LambdaDNA(100ng)于三个试管中，得到如上、下图的实验结果。本案恒温旋转装置(上图)和市售商业机(下图)的平行比较结果，可以看出三管之间具有高重复性，两种平台的反应曲线具极大相似性，检测时间都可缩至30分钟内，但本案的结构相对简单，制造成本较低，是一种较为经济的成熟产品。
应该理解以上的叙述对于本发明仅仅是示例和说明，并非对其加以限制。本发明公开的实施例仅应被看做为示例，实际保护范围应以附上的权利要求书为准。
Claims (23)
1.一种恒温旋转装置，其包括有：
第一温控单元，用以对设置于该第一温控单元内的至少一反应混合物予以加热及做温度控制，每一反应混合物外部设置有一光学视窗及一入光孔；
第二温控单元，与该第一温控单元连接，并使该反应混合物进行扩增反应及在恒温环境下进行反应；
旋转单元，延伸一驱动轴与该第一温控单元及该第二温控单元连接，以使该第一温控单元及该第二温控单元做一旋转动作；
光源暨光学侦测单元，发光一光源至该第一温控单元的该入光口后至该反应混合物处，穿透该反应混合物的光线通过该光学视窗后，由一光学侦测单元接收；以及
控制单元，用以控制该第一温控单元、该第二温控单元、该旋转单元及该光源暨光学侦测单元作动。
2.如权利要求1所述的恒温旋转装置，其中该第一温控单元还包括有一加热器。
3.如权利要求2所述的恒温旋转装置，其中该加热器为在该第一温控单元的主体外侧贴覆一加热膜而构成的。
4.如权利要求1所述的恒温旋转装置，其中该第一温控单元由一不透明的导热材质所构成。
5.如权利要求1所述的恒温旋转装置，其中该第一温控单元外侧所连接一转盘下方还设置有一环形导槽，该环形导槽可供多个导电柱接触，该些导电柱用以供应该第一温控单元所需电力。
6.如权利要求5所述的恒温旋转装置，其中该导电柱由一绝缘筒内设置一导电凸柱及一弹性体所构成。
7.如权利要求1所述的恒温旋转装置，其中该光源暨光学侦测单元包括有单一光源及单一光学侦测单元。
8.如权利要求7所述的恒温旋转装置，其中该单一光源由发光二极管及定位架所构成。
9.如权利要求7所述的恒温旋转装置，其中该单一光学侦测单元采用非导热、不透光材质制作而成。
10.如权利要求1所述的恒温旋转装置，其中该光学视窗由穿孔或透镜所构成。
11.如权利要求7所述的恒温旋转装置，其中该单一光源及该单一光学侦测单元之间至少设置有一滤镜。
12.如权利要求1所述的恒温旋转装置，其中该第一温控单元的主体由铜材质金属所构成。
13.如权利要求1所述的恒温旋转装置，其中该第一温控单元的主体为一多角体。
14.如权利要求13所述的恒温旋转装置，其中该多角体为六角体或是八角体。
15.如权利要求1所述的恒温旋转装置，其中该第一温控单元与该第二温控单元之间还设置有一第一座体。
16.如权利要求15所述的恒温旋转装置，其中该第二温控单元与该第一座体连接方式为螺合，并通过螺合深浅来调整该第一、二温控单元的间距。
17.如权利要求1所述的恒温旋转装置，其中该第二温控单元上方还连接有一第二座体，该第二座体与该第二温控单元连接方式为螺合。
18.如权利要求17所述的恒温旋转装置，其中该第二座体上还连接有一温度回授装置，用以将所侦测温度数值回授到该控制单元，该第二座体与该温度回授装置连接方式为螺合。
19.如权利要求1所述的恒温旋转装置，其中该旋转单元还连接有一定位装置，该定位装置用以控制该第一温控单元及该第二温控单元的停止位置，以便于该光学侦测单元做一接收。
20.如权利要求19所述的恒温旋转装置，其中该定位装置与该第一温控单元所连接的一转盘外缘上的局部突起，作为归零点以产生定位作用。
21.如权利要求1所述的恒温旋转装置，其中该光学侦测单元由一影像感测器所构成。
22.如权利要求1所述的恒温旋转装置，其中该旋转单元由一步进马达所构成的。
23.如权利要求1所述的恒温旋转装置，其中该反应混合物被容置于该第一温控单元的一试管孔中。
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