CN109482246B - 核酸分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核酸分析装置，其包括一槽体、一流体输送单元、一温度控制单元、一旋转驱动单元及至少一光学单元。槽体包括安装于其内的一卡匣，流体输送单元与槽体连接，并适于输送卡匣内的试剂，以进行试样纯化及/或核酸萃取。温度控制单元设置于槽体内，并适于提供一默认温度，以进行核酸扩增。旋转驱动单元与槽体连接且包括一运动控制单元，可在试样纯化及/或核酸萃取期间对卡匣施压或夹持，并在核酸扩增及/或检测期间以默认程序旋转卡匣。至少一光学单元设置于槽体上，并包括多个多个光学组件，以进行检测。

Description

核酸分析装置

技术领域

本发明涉及一种核酸分析装置，尤其涉及一种采用等温扩增方式的核酸分析装置。

背景技术

实时就地照护(Point of Care，POC)试验是一种在中心医疗院所或实验室以外所进行的分析方法，且采用可实时判读结果的装置来进行。因为全球化趋势造成新的或再现传染病的爆发，且加快了其从流行性变成大流行性(epidemic-to-pandemic)的速度，而面对这样的威胁，在前线临床处置的去中心化诊断试验将有助于及早执行公共卫生事件的应变，以减轻事件的严重性。在开发中国家，由于临床实验室基础设施的缺乏及经费限制，诊断不易更加重了高度传染病的负担，若能借助POC试验当有助于改善此情况。

虽然微生物培养、显微镜检及代谢生化试验仍在某些情境下使用，现今大部分的POC装置及分析发展趋势多采用不同形式的聚合酶连锁反应(polymerase chainreaction，PCR)方法，例如巢式PCR(nested PCR)、实时PCR(real-time PCR)及数字PCR(digital PCR)。PCR是一种由酵素驱动的过程，用以在体外扩增小片段的DNA，通过循环产生不同温度来进行DNA复制的重复步骤，包括解离(denaturation)、黏合(annealing)及延伸(elongation)，进而产生数百万拷贝数的DNA。然而，尽管PCR化学相当简单且扩增能力强大，但反应中必须精准的热循环控制在二或三种温度区间的需求，仍是PCR发展用于POC诊断时一种无法避免的缺点。

上述PCR反应的限制促使另一种替代的等温扩增(isothermal amplification)方式的发展。等温扩增无须采用热循环控制，而是依赖利用体内DNA/RNA合成机制的蛋白质，并由酵素活性主导。因此，微小化的等温系统具有设计简单及能量消耗低的优点。目前有多种分析复杂度(多种酵素或引子)、检测灵敏度及专一性可接受的等温扩增方式被发展出来，包括核酸序列依赖性扩增技术(nucleic acid sequence-based amplification，NASBA)、链置换扩增技术(strand displacement amplification，SDA)、解旋酶扩增技术(helicase-dependent amplification，HAD)、环型等温扩增技术(loop-mediatedisothermal amplification，LAMP)、重组酶聚合酶扩增技术(recombinase polymeraseamplification，RPA)及切口酶扩增技术(nicking enzyme amplification reaction，NEAR)。

由于等温扩增是一种相对较新的方法，目前等温扩增的平台设计仍落后于其生化技术发展。由于等温扩增对于试样的纯化度具有较高的容忍度，市场上大部分的等温平台着眼于创造具有稳定温度的环境及具有中高通量(throughput)的检测方法，然而，试样制备皆利用外部设备或手动操作来进行。另一方面，随着同时检测多个目标的需求增加，多重化(multiplexing)能力也是等温扩增方式的POC平台所不可避免的。然而，目前市面上并没有全功能整合式(all-in-one)的平台可以利用等温扩增方式来检测多个目标。

因此，为了改善现有技术的缺陷，实有必要提供一种采用等温扩增方式且为全功能整合式的核酸分析装置。

发明内容

本发明一实施例的目的在于提供一种采用等温扩增方式且为全功能整合式的核酸分析装置，使得试样纯化、核酸萃取、核酸扩增及核酸检测等流程可在此全功能整合式的装置上进行，以实现实时核酸分析。

本发明一实施例的另一目的在于提供一种核酸分析装置，其采用等温扩增方式，且可同时检测多个目标。

本发明一实施例的又一目的在于提供一种核酸分析装置，其具有简化的结构设计、改良的加热效率及顺畅的流体处理。

为达上述目的，本发明的一实施例提供一种采用等温扩增方式的核酸分析装置，包括一槽体、一流体输送单元、一温度控制单元、一旋转驱动单元及至少一光学单元。槽体包括安装于其内的一卡匣，流体输送单元与槽体连接，并适于输送卡匣内的试剂，以进行试样纯化及/或核酸萃取。温度控制单元设置于槽体内，并适于提供一默认温度，以进行核酸扩增。旋转驱动单元与槽体连接且包括一运动控制单元，运动控制单元可在试样纯化及/或核酸萃取期间对卡匣施压或夹持，并在核酸扩增及/或检测期间以一默认程序旋转卡匣。至少一光学单元设置于槽体上，并包括多个光学组件，以进行检测。

在一实施例中，槽体可被开启，且包括一顶部槽体及一底部槽体。

在一实施例中，卡匣安装于底部槽体的一腔室中。

在一实施例中，运动控制单元安装于旋转驱动单元的一驱动轴上。

在一实施例中，运动控制单元包括一滑壳，且驱动轴的旋转会驱动滑壳向下移动并下压卡匣，使卡匣与流体输送单元紧密接触。

在一实施例中，运动控制单元包括至少一夹持组件，其是由滑壳的一底面向外凸出，卡匣包括至少一沟槽及至少一凹部结构，凹部结构是与夹持组件相配合并设置于沟槽的一末端，且当滑壳向下移动时，夹持组件与凹部结构共同作用以夹持卡匣。

在一实施例中，驱动轴的反向旋转会驱动滑壳移动并夹持卡匣，使卡匣远离流体输送单元。

在一实施例中，运动控制单元包括一固定部及至少一凸部，固定部安装于驱动轴上的一固定位置，且凸部是由固定部向外凸出并插入滑壳上的一开槽中。

在一实施例中，运动控制单元包括一弹簧，其设置于固定部及滑壳之间。

在一实施例中，卡匣包括一反应芯片及一卡匣本体，且反应芯片设置于卡匣本体的一侧。

在一实施例中，反应芯片为一平面型流体芯片，其包括多个检测槽及连接检测槽的至少一微流道。

在一实施例中，每一检测槽具有至少一平面。

在一实施例中，反应芯片的形状为正多边形。

在一实施例中，槽体还包括至少一定位件，反应芯片包括至少一对位槽，其可与槽体上的至少一定位件相对位。

在一实施例中，卡匣本体包括多个槽，其储存用于试样纯化及核酸萃取的试剂。

在一实施例中，反应芯片还包括设于其顶面之至少一试样加载孔，用于加入试样于卡匣中。

在一实施例中，温度控制单元环绕卡匣本体且承载反应芯片于其上，以对反应芯片进行接触加热。

在一实施例中，旋转驱动单元包括一步进马达，以旋转卡匣一预设角度。

在一实施例中，光学单元包括一光源及一光检测器。

在一实施例中，核酸分析装置包括多个光学单元，其中每一光学单元提供独特波长的光，以检测多个目标。

本发明的有益效果在于，本发明采用等温扩增方式，并将流体输送单元、温度控制单元、旋转驱动单元及光学单元整合在单一装置上，使得试样纯化、核酸萃取、核酸扩增及核酸检测等流程可在此全功能整合式的装置上进行，以实现实时核酸分析，因此，本发明实施例的核酸分析装置提供了简便且快速的核酸分析。

附图说明

图1至图3显示本发明实施例的核酸分析装置示意图，其中图1的核酸分析装置成开启状态且卡匣自核酸分析装置中移出，图2移除核酸分析装置的外壳，图3还移除核酸分析装置顶部槽体的部分，以显示核酸分析装置的内部结构。

图4及图5显示不同角度的卡匣。

图6显示反应芯片的部分放大图。

图7A及图7B显示不同角度的旋转驱动单元。

图8A及图8B显示运动控制单元在不同位置的内部结构。

图9A及图9B显示不同角度的旋转驱动单元、卡匣及底部槽体，其中运动控制单元位于较高位置。

图10A及图10B显示不同角度的旋转驱动单元、卡匣及底部槽体，其中运动控制单元位于较低位置。

图11显示核酸分析装置的示意图，其中顶部槽体被移除以暴露出温度控制单元。

图12显示核酸分析装置的操作流程图。

附图标记如下：

1：槽体

11：顶部槽体

12：底部槽体

121：腔室

122：定位件

2：流体输送单元

3：温度控制单元

4：旋转驱动单元

41：驱动轴

5：光学单元

51：光源

52：光检测器

6：卡匣

61：卡匣本体

611：槽

612：开口

62：反应芯片

621：检测槽

622：微流道

623：对位槽

624：试样载入孔

625：沟槽

626：凹部结构

7：运动控制单元

71：固定部

72：弹簧

73：平板

74：凸部

75：滑壳

76：开槽

77：夹持组件。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上为说明之用，而非用以限制本发明。

本发明实施例提供一种采用等温扩增方式的核酸分析装置。具体而言，本发明实施例提供一种全功能整合式(all-in-one)的核酸分析装置，其采用等温扩增方式，并将流体输送单元、温度控制单元、旋转驱动单元及光学单元等整合在单一装置上，使得试样纯化、核酸萃取、核酸扩增及核酸检测等流程可在此全功能整合式的装置上进行，以实现实时核酸分析。

图1至图3显示本发明实施例的核酸分析装置示意图，其中图1的核酸分析装置成开启状态且卡匣自核酸分析装置中移出，图2移除核酸分析装置的外壳，图3还移除核酸分析装置顶部槽体的部分，以显示核酸分析装置的内部结构。如图1至图3所示，核酸分析装置100包括一槽体1、一流体输送单元2、一温度控制单元3、一旋转驱动单元4及至少一光学单元5。槽体1可被开启，以安装一卡匣6于其中。流体输送单元2与槽体1连接，并适于输送卡匣6内的试剂，以进行试样纯化及/或核酸萃取。温度控制单元3设置于槽体1内，并适于提供一默认温度，以进行核酸扩增。旋转驱动单元4与槽体1连接且包括一运动控制单元7，其中运动控制单元7可在试样纯化及/或核酸萃取期间对卡匣6施压，并在核酸扩增及/或检测期间以一默认程序旋转卡匣6。至少一光学单元5设置于槽体1上，并包括多个光学组件，以进行检测，例如核酸检测或试样反应检测。

在一实施例中，槽体1包括一顶部槽体11及一底部槽体12。顶部槽体11与底部槽体12通过一铰链(hinge)连接，但不以此为限。底部槽体12具有一腔室121，特别设计用以安装卡匣6于其中。顶部槽体11可被开启，使得卡匣6可放置于底部槽体12的腔室121中，当顶部槽体11关闭后，槽体1内便形成一封闭空间。

在一实施例中，槽体1的形状可为但不限于圆柱状、球状、立方体、圆锥体或橄榄状，且槽体1可由但不限于金属、陶瓷、聚合物、高分子化合物、木材、玻璃或其他可提供良好热隔绝的材质所制成。

底部槽体12是与流体输送单元2连接，在卡匣6安装于底部槽体12后，卡匣6会被施压而与流体输送单元2紧密接触，以避免泄漏。

图4及图5显示不同角度的卡匣。如图4及图5所示，卡匣6包括一卡匣本体61及一反应芯片62，且反应芯片62设置于卡匣本体61的一侧，例如卡匣本体61的顶部。反应芯片62为一平面型流体芯片，且包括多个检测槽621及连接检测槽621的至少一微流道622。在一实施例中，检测槽621内有供核酸扩增及/或检测的试剂。举例来说，检测槽621可涂布供核酸扩增及/或检测的试剂，例如包括不同荧光染料的试剂。

检测槽621的数量并不受限，且可多达40甚至更多个槽，故本发明装置可进行多重化(multiplexing)的核酸分析。在一实施例中，反应芯片62的形状大致上为正多边形，使得反应芯片62具有多个呈平面的侧面，可与光学单元5呈直线排列而有助于光线聚焦。当然，反应芯片62的形状不限于正多边形，其可为圆形或其他形状，因为通过光学单元5的光学组件的排列，亦可使光线聚焦于检测槽621中的试样。

在一实施例中，反应芯片62还包括至少一对位槽623，且底部槽体12还包括至少一定位件122(如图1所示)，定位件122例如包括一定位销。当卡匣6放置于底部槽体12的腔室121中时，利用卡匣6的对位槽623对位于底部槽体12的定位件122，可有助于卡匣6更容易装载，且通过此对位，卡匣6即可与流体输送单元2自行对位，且每一光学单元5会与检测槽621其中之一呈直线排列。在一实施例中，每一检测槽621具有至少一平面。举例来说，检测槽621的形状可为矩形，且在核酸检测过程中，检测槽621具有一平面与光学单元5的光检测器52呈直线排列。

卡匣本体61包括多个槽611，其储存用于试样纯化及/或核酸萃取的试剂。卡匣本体61亦包括多个流道，其是与槽611连接以供流体输送。在一实施例中，卡匣本体61可为但不限于圆柱状本体。卡匣本体61还包括设于卡匣本体61底面的多个开口612，且开口612通过流道而与槽611相连通。开口612的形状可为但不限于圆形、线型或其他规则或不规则形状。

反应芯片62还包括设于反应芯片62顶面的至少一试样加载孔624，且试样加载孔624与卡匣本体61的至少一槽611对位及连通，用于加入试样于卡匣6中。

图6显示反应芯片的部分放大图。如图4及图6所示，反应芯片62还包括设于顶面的至少一沟槽625，其中该至少一沟槽625与旋转驱动单元4的至少一夹持组件77(如图7A及图7B所示)相配合，且夹持组件77可在沟槽625中移动。在一实施例中，反应芯片62包括两个沟槽625，且旋转驱动单元4也包括两个夹持组件77，然而沟槽625及夹持组件77的数量皆不限于两个。沟槽625呈弧状且对称设置于反应芯片62的中心部位。每一沟槽625还包括一凹部结构626，其是与凸出的夹持组件77结构相配合，且设置于沟槽625的一末端。夹持组件77可与凹部结构626共同作用以夹持卡匣6。在一实施例中，凹部结构626为一孔洞，但不限于此，且凹部结构626的径长大体上等于或略小于夹持组件77的径长，由此将夹持组件77紧密地握持于其中。

在运作过程中，一旦试样被加载，卡匣6即被放置入核酸分析装置100，并由流体输送单元2进行流体处理。流体输送单元2是与卡匣6同时运作，以进行试样纯化、核酸萃取及流体输送，进而实现全自动装置。流体输送可经由气动(pneumatic)、真空(vacuum)、活塞(plunger)、腔室变形(chamber deformation)、热膨胀(thermal-induced expansion)、声波力(acoustics)、离心力(centrifugal force)或其他可在卡匣本体61内完成试样处理的方法来实现。

在一实施例中，流体是以气动方式经由微管道及孔洞来驱动。举例来说，流体输送单元2类似于本发明申请人于2016年7月22日申请的中国台湾专利申请案号105123156(主张新加坡专利申请案号10201605723Y的优先权，申请日为2016年7月13日)所述的流体整合模块，且前述申请案全体内容并于此作为公开内容且不再于此赘述。简要来说，本发明实施例的流体输送单元2包括中国台湾专利申请案号105123156所述的流体岐管部、旋转阀定子、旋转阀转子、旋转阀壳体及流体源。流体岐管部具有多个微管道，经由卡匣6底部开口612而与卡匣6的槽611连接。由于旋转阀定子及旋转阀转子上的穿孔及/或沟槽在旋转阀转子转动时有对应的对位关系，故当旋转阀转子转动至不同位置时，即可实现多重流体路径的切换，进而调控卡匣6的流体运作。因此，储存于卡匣6中的试剂便可通过流体输送单元2的帮浦提供的气动力而输送到欲输送的位置，进而自动化地执行试样纯化及核酸萃取流程。当然，流体输送单元不限于上述的设计，任何其他形式的流体输送单元，只要能够实现卡匣6内多重流体输送及路径切换功能，皆不脱离本发明公开的范围。

旋转驱动单元4安装在顶部槽体11。旋转驱动单元4可为但不限于马达，且其亦可为电磁装置、手动操作、弹簧、发条装置或其他组件，且能够以默认角度及速度夹持及旋转卡匣6，并使每一检测槽621依序通过并对位于每一光学单元5。在一实施例中，旋转驱动单元4包括一步进马达，其可以不同模式驱动卡匣6的旋转。旋转驱动单元4还包括一运动控制单元7，其适于在核酸扩增及/或检测期间夹持及旋转卡匣6，且可于试样纯化及/或核酸萃取期间在卡匣6及流体输送单元2之间提供良好的密封效果。

图7A及图7B显示不同角度的旋转驱动单元，而图8A及图8B则显示运动控制单元在不同位置的内部结构。如图7A至图8B所示，旋转驱动单元4包括一驱动轴41，而运动控制单元7安装于驱动轴41上。运动控制单元7包括一固定部71、一弹簧72、一平板73、至少一凸部74、一滑壳75及至少一开槽76。固定部71安装于驱动轴41上的一固定位置，且被滑壳75所包覆。滑壳75提供一内部空间，供固定部71、弹簧72及平板73容置于其中。弹簧72夹设于固定部71及平板73之间，以使固定部71抵顶于滑壳75的内底壁，及平板73抵顶于滑壳75的内顶壁。在一实施例中，弹簧72亦可直接抵顶于滑壳75的内顶壁，亦即弹簧73夹设于固定部71及滑壳75之间。开槽76形成于滑壳75上的穿孔，且形状类似溜滑梯，具有一顶部平台及向下的斜坡。凸部74是由固定部71向外凸出且插入开槽76中。通过固定部71上的凸部74与滑壳75上的开槽76间的共同作用，使得滑壳75的运动会被限制在一可控制范围内。一旦被释放，滑壳75即可通过弹簧72的弹性恢复力而返回到其原始位置。

在一些实施例中，凸部74及开槽76可为其他彼此可共同作用的类似结构，而凸部74及开槽76的位置亦可交换。在一实施例中，凸部74可形成于滑壳75上，且开槽76形成于固定部71上。

在旋转驱动单元4操作期间，固定部71会随着驱动轴41旋转。由于固定部71上的凸部74插入滑壳75上的开槽76中，使得固定部71的旋转也会带动滑壳75的旋转。若滑壳75的旋转被一外力限制且在某些情况下无法旋转时，旋转驱动单元4进一步的马达旋转仍将驱使驱动轴41及固定部71继续转动，且由于固定部71上的凸部74与滑壳75上的开槽76间的共同作用，使得滑壳75沿着驱动轴41改变其轴向位置。

运动控制单元7还包括至少一夹持组件77，其是由滑壳75的底面向外凸出。在一实施例中，运动控制单元7包括两个夹持组件77，且夹持组件77为定位销，但不限于此。夹持组件77是与卡匣6的反应芯片62上的沟槽625相配合。

图9A及图9B显示不同角度的旋转驱动单元、卡匣及底部槽体，其中运动控制单元位于较高位置，而图10A及图10B显示不同角度的旋转驱动单元、卡匣及底部槽体，其中运动控制单元位于较低位置。当卡匣6被装载入底部槽体12中且顶部槽体11被关闭时，滑壳75上的夹持组件77的末端即位于卡匣6顶面的沟槽625中，且固定部71上的凸部74位于滑壳75上的开槽76的下端部，如图8A、图9A及图9B所示，其中在滑壳75的底面与卡匣6的顶面之间具有一微小空隙。随着驱动轴41的旋转，滑壳75上的夹持组件77亦随之旋转，直到其被沟槽625的末端所限制。由于卡匣6的位置被定位件122所限制，使得滑壳75的进一步旋转被阻止，因此，滑壳75便下移至其较低位置，且固定部71上的凸部74移动至滑壳75上的开槽76的顶部平台处，弹簧72也因此被压缩，如图8B、图10A及图10B所示。此时，夹持组件77向下插入卡匣6上位于沟槽625末端的凹部结构626中，由此夹持卡匣6。同时，下移的滑壳75也会施力于卡匣6上而下压卡匣6，使卡匣6与流体输送单元2之间有非常良好的接触，而达成更顺畅的流体处理。

在流体处理完成且纯化后的试样被输送到卡匣6的反应芯片62上的检测槽621后，须进一步将卡匣6上提及旋转以进行检测。此时，驱动轴41会反向旋转，且凸部74亦随着驱动轴41而反向旋转。由于此时的卡匣6仍被定位件122所限制，除了固定部71及凸部74外，夹持组件77及滑壳75无法随着驱动轴41旋转。一旦固定部71上的凸部74离开开槽76的顶部平台，弹簧72的弹性恢复力将使滑壳75上移回到其原始位置，而因此夹持并上提卡匣6于定位件122之上并远离流体输送单元2，由此最小化在交界面的摩擦力，且使卡匣6可在核酸扩增及/或检测期间在槽体1内自由旋转。随着旋转轴41的进一步旋转，卡匣6可被夹持并以预定程序旋转，以使检测槽621依序与每一光学单元5对位，以进行核酸检测。

图11显示核酸分析装置的示意图，其中顶部槽体被移除以暴露出温度控制单元。如图1及图11所示，温度控制单元3设置于底部槽体12的腔室121中，且可包括一加热器及多个排列成圆形的散热片。当卡匣6被装载入底部槽体12中时，温度控制单元3即环绕卡匣本体61且承载反应芯片62于其上。因此，反应芯片62是与温度控制单元3直接接触，且以接触加热方式进行加热，故有较好的加热效率及较短的加热时间。

由于本发明实施例的核酸分析装置100设计用于以等温方式进行的核酸扩增，故只需要一固定温度，而无须进行三个不同温度区间的热循环控制，因此，温度控制单元3可显著简化。此外，核酸分析装置100的槽体1设计为具有良好的热隔绝，可使得内部温度易于维持。一旦槽体1处于均一的温度环境，则从检测槽621及试样流向环境的热散失即可被最小化，且在核酸扩增及/或检测流程中，无论卡匣6是在转动或静止状态，整个封闭槽体1及每个检测槽621中的试样都具有大致相同的温度。

温度控制单元3于操作过程中提供槽体1内部所需的温度，其中温度控制不受检测槽621的数量及形状影响。在一实施例中，温度控制单元3还包括至少一温度传感器，用以控制温度的准确度。

在一实施例中，核酸分析装置100包括多个光学单元5。光学单元5包括如光源、透镜、滤镜及光检测器等光学组件，以实现光学检测，使得试样在核酸扩增期间可被实时检测。如图3所示，光学单元5包括至少一光源51及至少一光检测器52。光源51，例如发光二极管(light emitting diode，LED)及光检测器52皆被包埋于顶部槽体11中，且在操作过程中，每一光源51会与卡匣6的检测槽621其中的一个对位，以提供有效光源进行检测。一旦卡匣6被夹持，光检测器52，例如包括光电二极管(photodiode)，会与卡匣6的检测槽621其中的一个呈直线排列，以进行检测并取得分析结果。卡匣6的旋转可使每一检测槽621依序通过不同的光学单元5。在一实施例中，每一光学单元5可提供一独特波长的光，由此提供不同颜色的光进行荧光检测，使核酸分析装置100可同时检测多个目标并实现多重化检测(multiplexing detection)。

在一实施例中，核酸分析装置100包括一控制器，以控制流体输送单元2、温度控制单元3、旋转驱动单元4及光学单元5的操作。

由于采用等温扩增方式，使得温度控制单元3可显著简化，也因此使得核酸分析装置100可小巧化设计，甚至小于一般茶杯。在一实施例中，核酸分析装置100的高度介于100mm至120mm之间，宽度介于80mm至100mm之间。由于核酸分析装置100为茶杯尺寸，故相当便于携带且适合用于POC诊断。

由于核酸分析装置100针对等温扩增所设计，可用于进行所有的等温扩增方法，例如核酸序列依赖性扩增技术(nucleic acid sequence-based amplification，NASBA)、链置换扩增技术(strand displacement amplification，SDA)、解旋酶扩增技术(helicase-dependent amplification，HAD)、环型等温扩增技术(loop-mediated isothermalamplification，LAMP)、重组酶聚合酶扩增技术(recombinase polymeraseamplification，RPA)及切口酶扩增技术(nicking enzyme amplification reaction，NEAR)。

图12显示核酸分析装置的操作流程图，其中粗线箭头指出操作流程，白色方框表示多个主要作动，白色菱形框显示完成操作的主要步骤，灰框表示装置的核心硬件组件，由控制器至核心硬件组件的通信以虚线箭头标示，由核心硬件组件产生默认功能的反应则由细线箭头标示。核酸分析装置100的操作流程将配合图1至图12说明如下。

第一步骤执行手动操作。核酸分析装置100的顶部槽体11被开启。试样经由反应芯片62的试样加载孔624加入卡匣6中，其中，用于试样纯化及核酸萃取的试剂已预先加入卡匣本体61的槽611中。在试样加入卡匣6后，卡匣6即被装载于底部槽体12中且顶部槽体11被关闭。一旦卡匣6放置于底部槽体12的腔室121中时，底部槽体12上的定位件122可协助卡匣6与流体输送单元2自行对位。旋转驱动单元4进一步驱动运动控制单元7，以夹持及下压卡匣，使卡匣6紧密接触流体输送单元2。接着开始进行试样处理。

第二步骤执行试样纯化及核酸萃取。在此步骤中，试样处理程序是在卡匣6中进行，且如生化缓冲液等试剂是借助流体输送单元2输送至欲输送的位置。在试样纯化及核酸萃取完成后，具有萃取核酸的试样便被输送到卡匣6的检测槽621，以进行后续的核酸扩增及/或检测。

第三步骤是由温度控制单元3对槽体1进行加热以达到预定温度，其中检测槽621中的试样是以接触加热方式进行加热，以有较快速的温度提升。此外，温度传感器可监控试样温度。

第四步骤执行核酸扩增及核酸检测。当试样温度达到默认值时，卡匣6被运动控制单元7夹持及上提，且开始进行等温扩增。此时，温度控制单元3仍继续运作以维持温度。一旦卡匣6被上提，卡匣6即可由旋转驱动单元4驱动而在槽体1内旋转。卡匣6可旋转一特定角度，使得每一检测槽621与光学单元5对位并静止一小段时间(例如200毫秒)以进行检测。由此，每一检测槽621可通过具有不同颜色的一系列光源51，且发射光可被光检测器52(例如光电二极管)所检测。

检测完成后，将检测结果经由USB或网络传送至云端或数字装置，例如个人计算机、平板或智能型手机，并开启槽体1以将卡匣6丢弃。

在上述实施例中，卡匣6示范为一对一卡匣，亦即每次检测一个试样。然而，在另一实施例中，卡匣6可为多对一卡匣，亦即每次检测多个(例如X个)试样。举例来说，反应芯片62可包括多个试样加载孔624，用以加入多个不同试样于卡匣6中，以具有弹性通量(1～X)且不增加硬件成本。

综上所述，本发明实施例提供一种全功能整合式(all-in-one)的核酸分析装置，其采用等温扩增方式，并将流体输送单元、温度控制单元、旋转驱动单元及光学单元整合在单一装置上，使得试样纯化、核酸萃取、核酸扩增及核酸检测等流程可在此全功能整合式的装置上进行，以实现实时核酸分析，因此，本发明实施例的核酸分析装置提供了简便且快速的核酸分析。再者，卡匣下压、卡夹夹持、卡匣上提及卡匣旋转皆可全部由旋转驱动单元来实现，故核酸分析装置可利用最少的组件达成极为简化的结构设计。旋转驱动单元所提供的下压力更加强卡匣及流体输送单元之间的密封效果，以提供更顺畅的流体处理。温度控制单元的接触加热方式也提升了加热效率。另外，通过多重检测槽及多重光学单元的排列设置，使得多重化核酸分析及多重颜色的多重化检测皆可被达成。此外，由于温度控制单元显著简化，使得核酸分析装置可小巧化设计，因而便于携带且适合用于POC诊断，也降低了核酸分析的成本。另外，核酸分析装置具有可接受的灵敏度与专一性以及弹性的检测通量。

纵使本发明已由上述实施例详细叙述而可由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求书所欲保护。

Claims (18)

1.一种核酸分析装置，包括：

一槽体，包括安装于其内的一卡匣；

一流体输送单元，与该槽体连接，并适于输送该卡匣内的试剂，以进行试样纯化及/或核酸萃取；

一温度控制单元，设置于该槽体内，并适于提供一默认温度，以进行核酸扩增；

一旋转驱动单元，与该槽体连接且包括一运动控制单元，该运动控制单元安装于该旋转驱动单元的一驱动轴上，该运动控制单元包括一滑壳，且在试样纯化及/或核酸萃取期间，该驱动轴会驱动该滑壳向下移动并下压该卡匣，使该卡匣与该流体输送单元紧密接触，并在核酸扩增及/或检测期间，该驱动轴会驱动该滑壳向上移动并上提该卡匣，且以一默认程序旋转该卡匣；以及

至少一光学单元，设置于该槽体上，并包括多个光学组件，以进行检测。

2.如权利要求1所述的核酸分析装置，其中该槽体可被开启，且包括一顶部槽体及一底部槽体。

3.如权利要求2所述的核酸分析装置，其中该卡匣安装于该底部槽体的一腔室中。

4.如权利要求1所述的核酸分析装置，其中该运动控制单元包括至少一夹持组件，其是由该滑壳的一底面向外凸出，该卡匣包括至少一沟槽及至少一凹部结构，该凹部结构与该夹持组件相配合并设置于该沟槽的一末端，且当该滑壳向下移动时，该夹持组件与该凹部结构共同作用以夹持该卡匣。

5.如权利要求4所述的核酸分析装置，其中该驱动轴的反向旋转会驱动该滑壳移动并夹持该卡匣，使该卡匣远离该流体输送单元。

6.如权利要求1所述的核酸分析装置，其中该运动控制单元包括一固定部及至少一凸部，该固定部安装于该驱动轴上的一固定位置，且该凸部由该固定部向外凸出并插入该滑壳上的一开槽中。

7.如权利要求6所述的核酸分析装置，其中该运动控制单元包括一弹簧，其设置于该固定部及该滑壳之间。

8.如权利要求1所述的核酸分析装置，其中该卡匣包括一反应芯片及一卡匣本体，且该反应芯片设置于该卡匣本体的一侧。

9.如权利要求8所述的核酸分析装置，其中该反应芯片为一平面型流体芯片，其包括多个检测槽及连接该检测槽的至少一微流道。

10.如权利要求9所述的核酸分析装置，其中每一该检测槽具有至少一平面。

11.如权利要求8所述的核酸分析装置，其中该反应芯片的形状为正多边形。

12.如权利要求8所述的核酸分析装置，其中该槽体还包括至少一定位件，而该反应芯片包括至少一对位槽，其可与该槽体上的该至少一定位件相对位。

13.如权利要求8所述的核酸分析装置，其中该卡匣本体包括多个槽，其储存用于试样纯化及核酸萃取的试剂。

14.如权利要求8所述的核酸分析装置，其中该反应芯片还包括设于其顶面的至少一试样加载孔，用于加入试样于该卡匣中。

15.如权利要求8所述的核酸分析装置，其中该温度控制单元环绕该卡匣本体且承载该反应芯片于其上，以对该反应芯片进行接触加热。

16.如权利要求1所述的核酸分析装置，其中该旋转驱动单元包括一步进马达，以旋转该卡匣一预设角度。

17.如权利要求1所述的核酸分析装置，其中该光学单元包括一光源及一光检测器。

18.如权利要求1所述的核酸分析装置，其中该核酸分析装置包括多个光学单元，其中每一光学单元提供独特波长的光，以检测多个目标。

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