CN113272064B - 基因扩增模块 - Google Patents

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Abstract

公开了一种基因扩增模块。根据本发明的一个方面，提供一种基因扩增模块，该基因扩增模块包括：热块，其具有反应容器容纳空间；加热部分，其设置在所述热块的下部；冷却部分，其设置在所述加热部分的下部；以及流体供应部分，其面对所述热块的一侧，并向所述热块供应冷却流体，其中，所述热块具有形成所述热块的外周的侧壁，并且所述侧壁具有一个或多个供应孔，可以借助所述供应孔供应所述冷却流体。

Description

基因扩增模块
技术领域
本发明涉及一种基因扩增模块，与现有技术相比，该基因扩增模块能够在反应容器内快速加热和冷却试样。
背景技术
用于核酸扩增(或聚合酶链反应)的基因扩增模块对于基因诊断获取试样中的各种生物信息是必不可少的。即在进行基因诊断时，对基因扩增模块采集的试样内的特定基因进行扩增，使试样内的基因数量增加，然后对特定基因的扩增程度进行确认，以获得所需的生物信息。
通过反复调整温度进行基因扩增。更特别的是，试样以固定的时间间隔定期上升和下降温度，以扩增试样的基因。
然而，根据现有技术，由于基因扩增模块中温度上升和下降的周期长，在实现高速基因扩增方面存在限制。特别是，根据现有技术，当在基因扩增模块中定期调整试样的温度时，存在着冷却速率比加热速率慢的问题。这就造成了扩增试样的基因所花费时间增加的问题。最终，诊断该基因所花费的时间也会增加。
发明内容
技术问题
本发明解决以上问题的目的是减少扩增试样的基因所花费的时间，从而减少诊断基因所花费的时间。
技术方案
根据本发明的用于实现以上目的的一个方面，提供一种基因扩增模块，该基因扩增模块包括：热块，在所述热块中限定有反应容器容纳空间，用于容纳盛装待扩增试样的反应容器；加热部分，所述加热部分设置在所述热块下方，以通过热传导与所述热块进行热交换来加热所述热块；冷却部分，所述冷却部分设置在所述加热部分下方，以通过热传导与所述加热部分进行热交换来冷却所述热块；以及流体供应部分，所述流体供应部分设置成面对所述热块的一侧，所述流体供应部分配置成向所述热块供应冷却流体，其中，所述热块上设置有限定所述热块的外周的侧壁，并且所述侧壁中限定有一个或多个供应孔，所述供应孔配置成供应所述冷却流体。
所述热块中可以限定有空闲空间，并且所述空闲空间可以与所述供应孔连通。
在所述热块中，可以以m×n矩阵形式限定有总共m×n个反应容器容纳空间(其中m和n是彼此不同的自然数)，或者可以以n×n矩阵形式限定有总共n2个反应容器容纳空间，并且所述供应孔可以分别限定在所述反应容器容纳空间之间。
所述流体供应部分可以包括：第一流体供应部分，所述第一流体供应部分设置成面对所述热块的其中限定有所述供应孔的侧壁；以及第二流体供应部分，所述第二流体供应部分设置成面对所述热块的其中限定有所述供应孔的另一侧壁。
所述流体供应部分可以设置成与所述侧壁当中的限定有所述供应孔的侧壁紧密接触。
所述空闲空间与所述反应容器容纳空间可以间隔开。
所述空闲空间可以包括：第一空闲空间，所述第一空闲空间与所述供应孔连通；以及第二空闲空间，所述第二空闲空间限定成与所述第一空闲空间交叉。
所述热块的所述侧壁中可以限定有与所述第二空闲空间连通的排放孔。
所述排放孔可以分别限定在所述第二空闲空间的两端中。
所述流体供应部分可以包括可旋转的风扇，以使所述冷却流体供应到所述热块的所述空闲空间中。
有益效果
根据本发明，与根据现有技术的方法相比，可以额外进行冷却试样的方法以加快冷却速度。因此，可以减少扩增试样的基因所花费的时间，以减少诊断基因所花费的时间。
附图说明
图1是示出根据本发明的基因扩增模块的热块的结构的一个实施例的立体图。
图2是示出根据本发明的基因扩增模块的热块的结构的一个实施例的水平剖面图。
图3是示出根据本发明的基因扩增模块中的热块和流体供应部分之间的联接关系的立体图。
图4是示出根据本发明的基因扩增模块的结构的立体图。
图5是示出根据本发明的基因扩增模块的热块的结构的另一个实施例的立体图。
图6是示出根据本发明的基因扩增模块的热块的结构的另一个实施例的水平剖面图。
具体实施方式
下文中，将参考附图描述根据本发明的基因扩增模块的结构。
基因扩增模块
图1是示出根据本发明的基因扩增模块的热块的结构的一个实施例的立体图，并且图2是示出根据本发明的基因扩增模块的热块的结构的一个实施例的水平剖面图。图3是示出根据本发明的基因扩增模块中的热块和流体供应部分之间的联接关系的立体图。
如图1中所示，根据本发明的基因扩增模块可以包括热块100。
热块100可以配置成容纳待扩增的试样。试样可以借助热块100的热传递定期加热和冷却，以扩增容纳在热块100中的试样的基因。为了在加热和冷却过程中有效地传递热，热块100可以由具有高导热性的材料(如金、银、铜、合金、铝等)制成。例如，热块100可以由铝制成。
为此，如图1中所示，热块100中可以限定有用于容纳反应容器(未示出)的反应容器容纳空间R，反应容器中提供待扩增的试样。图1示出了在热块100中以2×2矩阵形式限定有总共四个反应容器容纳空间R的情况。然而，反应容器容纳空间R的数量或布置并不限于图1的结构。反应容器可以由塑料材料制成。
继续参考图1，限定热块100的外周的侧壁110可以布置在热块100上。图1示出了一种情况，其中设置有四个侧壁，每个侧壁均具有形状为波浪形的弯曲表面。当热块100的每个侧壁均具有形状为波浪形的弯曲表面时，与四个平面彼此相接以形成热块的侧壁的情况相比，热块100的重量可以最小化以减少其热容量，从而使其加热和冷却速率最小化。然而，限定根据本发明的热块100的外周的每个侧壁除了波浪形外均还可以具有各种形状。即，根据本发明的热块100的侧壁的形状不限于波浪形。
热块100的侧壁中可以限定有至少一个孔或多个孔。限定在热块100中的孔可以配置成供应和排放用于冷却加热了的热块100的冷却流体。如图1和图2中所示，热块100的侧壁110的一部分中可以限定有被供应冷却流体的供应孔SH，并且热块100的侧壁110的另一部分中限定有排放孔DH，冷却流体经由该排放孔排放到外部。这里，冷却流体可以是气体。例如，冷却流体可以是室温下的空气。
继续参考图2，热块100中可以限定有空闲空间V。空闲空间V可以与供应孔SH和排放孔DH连通。因此，空隙V可以提供路径，供应给热块100的冷却流体流经该路径。
可以提供两个供应孔SH。这里，供应孔SH可以限定在彼此相对的两侧，其间有空闲空间V。
如图2所示，限定在热块100中的空闲空间V可以不与反应容器容纳空间R连通，而是与反应容器容纳空间R间隔开。
如上所述，盛装待扩增试样的反应容器可以被容纳在反应容器容纳空间R中。当反应容器容纳空间R和空闲空间V相互连通时，限定反应容器容纳空间R的内壁可能没有充分地包围反应容器。在这种情况下，由于试样不能被热块100快速加热或冷却，扩增试样所花费的时间增加。因此，根据本发明，优选地，反应容器容纳空间R不与空闲空间V连通，从而试样被热块100快速加热或冷却。
此外，如图2中所示，限定在热块100中的空闲空间V可以包括第一空闲空间V1和第二空闲空间V2。其中，第一空闲空间V1可以具有分别与供应孔SH连接的两端。此外，第二空闲空间V2可以限定成与第一空闲空间V1交叉。
另外，除了供应孔SH之外，热块100的侧壁中可以进一步限定有孔。即，如图2中所示，热块100的侧壁中可以进一步限定有排放孔DH。图2示出了一种情况，其中，排放孔DH分别被逐一限定在布置在热块100的左右两侧的侧壁中。排放孔DH可以与第二空闲空间V2连通。另外，排放孔DH也可以设置有多个。例如，如图2中所示，排放孔DH可以限定在第二空闲空间V2的两端。
如图3中所示，根据本发明的基因扩增模块可以进一步包括流体供应部分400，该流体供应部分布置成面对热块100的侧壁之一，并将冷却流体供应给热块100。流体供应部分400可以面对其中限定有供应孔SH(见图2)的侧壁。因此，流体供应部分400可以借助供应孔将冷却流体供应给热块100内的空闲空间V(见图2)。
继续参考图3，根据本发明的基因扩增模块的流体供应部分400可以设置有多个。可以提供与供应孔SH(参见图2)的数量相同数量的流体供应部分400。图3示出了第一流体供应部分410以及第二流体供应部分420，第一流体供应部分410布置成面对热块100的其中限定有在热块100中限定的两个供应孔之一的侧壁，第二流体供应部分420布置成面对热块100的其中限定有在热块100中限定的两个供应孔中另一者的侧壁。
根据本发明的流体供应部分400可以包括可旋转风扇，以便冷却流体被供应到热块100的空闲空间中。
如图3中所示，流体供应部分400可以布置成与其中限定有供应孔SH(参见图2)的侧壁紧密接触。因此，可以最大限度地减少冷却流体从流体供应部分400向除热块100以外的其它部分的泄漏。
如上所述，供应孔SH(参见图2)和排放孔DH(参见图2)可以被限定在热块100中。这里，基因扩增模块可以进一步包括流体排放部分(未示出)，该流体排放部分布置成面对排放孔，并借助排放孔将热块100内的冷却流体排放到外部。
图4是示出根据本发明的基因扩增模块的结构的立体图。
如上所述，根据本发明的基因扩增模块10可以包括热块和流体供应部分400。
另外，根据本发明的基因扩增模块10可以包括加热部分200，该加热部分200设置在热块100下方以加热热块100。加热部分200可以接触热块100。因此，加热部分200可以通过热传导与热块100进行热交换。根据本发明的加热部分200可以配置成借助由珀尔帖效应导致的局部温度上升而加热热块100。
珀尔帖效应是指这样一种现象：当在物体的两侧施加电压时，由于热能与电流一起移动而在两侧出现温度差。根据本发明的加热部分可以配置成通过珀尔帖效应来加热热块。
继续参考图4，根据本发明的基因扩增模块可以进一步包括冷却部分300，该冷却部分布置在加热部分200下方，以冷却热块100。冷却部分300可以接触加热部分200。因此，冷却部分300可以通过冷却部分300与加热部分200之间借助热传导的热交换以及加热部分200与热块100之间的热交换来冷却热块100。即，根据本发明的冷却部分300可以是相比热块100和加热部分200具有更低的温度和明显更高的热容的散热器。
下文中，将基于以上描述和图示对根据本发明的基因扩增模块的操作方法作如下描述。
当盛装试样的反应容器布置在热块100的反应容器容纳空间R内，然后加热部分200操作以使其温度上升时，热块100的温度可以通过热块100和加热部分200之间借助热传导进行的热交换而上升，因此反应容器内的试样的温度也可以上升。
当试样的温度达到预定值时，加热部分200的操作停止。因此，热块100的温度可以通过冷却部分300和加热部分200之间借助热传导进行的热交换以及加热部分200和热块100之间借助热传导进行的热交换而下降，因此反应容器内的试样的温度也可以下降。
特别是，根据本发明，由于冷却流体伴同冷却部分300的操作穿过流体供应部分400，经由热块100的供应孔SH供应到热块100的空闲空间V，因此冷却流体可以额外地冷却热块100。因此，热块100和试样可更快速地被冷却，以显著减少试样扩增过程所花费的总时间。
图5是示出根据本发明的基因扩增模块的热块的结构的另一个实施例的立体图，并且图6是示出根据本发明的基因扩增模块的热块的结构的另一个实施例的水平剖面图。
如上所述，在根据本发明的热块中，可以以2×2矩阵形式限定总共四个反应容器容纳空间。然而，该热块可以具有不同的结构。例如，如图5和图6中所示，在根据本发明的基因扩增模块的热块100中，可以以3×3矩阵形式限定总共九个反应容器容纳空间R。另选地，在热块100中，可以以4×4矩阵形式限定总共十六个反应容器容纳空间R。一般来说，在根据本发明的基因扩增模块的热块100中，可以以n×n矩阵形式限定总共n2个反应容器容纳空间。
另选地，在根据本发明的基因扩增模块的热块中，可以以m×n矩阵形式限定总共m×n个反应容器容纳空间(其中m和n是彼此不同的自然数)。例如，在热块中，可以以2×3矩阵形式限定总共6个反应容器容纳空间。
继续参考图5和图6，限定热块100的外周的侧壁中可以限定有多个供应孔SH和排放孔DH。例如，如图6中所示，当在热块100中以3×3矩阵形式限定有总共9个反应容器容纳空间R时，可以在夹着限定在热块100中的第一空闲空间V1限定在相对两侧的两个侧壁中的每个侧壁中限定有两个供应孔SH，因此在热块100中可以限定总共4个供应孔SH。类似地，如图6中所示，当在热块100中以3×3矩阵形式限定有总共9个反应容器容纳空间R时，可以在夹着限定在热块100中的第二空闲空间V2限定在相对两侧的两个侧壁中的每个侧壁中限定两个排放孔DH，因此在热块100中可以限定总共四个排放孔DH。一般来说，当根据本发明的基因扩增模块的热块中以n×n矩阵形式限定有总共n2个反应容器容纳空间时，可以在夹着热块100的第一空闲空间限定在相对两侧的两个侧壁中的每一侧壁中限定n-1个供应孔，因此热块100中可以限定有总共2×(n-1)个供应孔。类似地，当根据本发明的基因扩增模块的热块中以n×n矩阵形式限定有总共n2个反应容器容纳空间时，可以在夹着热块100的第二空闲空间限定在相对两侧的两个侧壁中的每一侧壁上限定n-1个排放孔，因此，热块100中可以限定有总共2×(n-1)个排放孔。
如上所述，在根据本发明的基因扩增模块的热块中，可以以m×n矩阵形式限定总共m×n个反应容器容纳空间(其中m和n是彼此不同的自然数)。在这种情况下，可以夹着热块的第一空闲空间在限定在相对两侧的两个侧壁中的每一侧壁中限定有m-1个供应孔，因此，热块中可以限定有总共2×(m-1)个供应孔。此外，可以在夹着热块的第二空闲空间限定在相对两侧的两个侧壁中的每一侧壁中限定n-1个排放孔，因此，热块中可以限定有总共2×(n-1)个排放孔。
当在热块中以m×n矩阵形式限定总共m×n个反应容器容纳空间时，形成其中在夹着热块的第一空闲空间限定在相对两侧的两个侧壁中的每一侧壁中限定m-1个供应孔并且在夹着热块的第二空闲空间限定在相对两侧的两个侧壁中的每一侧壁中限定n-1个排放孔的这种结构是因为供应孔SH和排放孔DH分别被限定在反应容器容纳空间R之间，如图5和图6中所示。
另外，如图5和6中所示，夹着第一空闲空间V1限定在相对两侧的供应孔SH和夹着第二空闲空间V2限定在相对两侧的排放孔DH可以分别与第一空闲空间V1和第二空闲空间V2连通。
实施方式1
准备长度为16mm并且宽度为16mm的热块。热块的四个侧壁中的每一者均具有形状为波浪形的弯曲表面，并且在热块中以2×2矩阵形式限定有总共四个反应容器容纳空间。每个反应容器容纳空间的直径均为4.5毫米。该热块由铝制成。
热块的四个侧壁中逐一限定有孔，每个孔的直径均为4.8毫米，并且热块中限定有具有交叉(+)形状的空闲空间。这些孔借助该空闲空间相互连通。
热块下方设置有基于帕尔贴的加热部分，该加热部分是热电元件。使用由美国TE技术公司制造的名称为VT-127-1.4-1.15-71的产品作为加热单元，该加热单元是配置成通过珀尔帖效应来加热热块的热电元件。
冷却部分布置成与加热部分的下部紧密接触。冷却部分设置成能够吸收热的散热器。散热器的下端安装有鼓风扇，以降低散热器的温度。使用韩国Coolertech公司生产的产品名称为CTV-GF-04的产品作为散热器和鼓风扇。
流体供应部分布置成与热块的四个侧壁中的在相对两侧相互面对的两个侧壁中的每个侧壁紧密接触。流体供应部分配置成通过驱动风扇向热块的空闲空间供应冷却流体。可以使用由中国YeHAUS公司生产的名称为HFD 0200605 SEM，B型的产品作为构成流体供应部分的风扇。
在实施方式1中，加热部分在电压为14.8V、电流为5A的条件下操作，以对热块进行加热，直到热块的温度达到95摄氏度，然后停止加热部分的操作，并且流体供应部分在11.1V、0.28A、3.1W的条件下操作，直到借助冷却流体以及安装在下端上的冷却部分使热块的温度达到60摄氏度。特别是，在冷却过程中，安装在散热器下端上的鼓风扇操作，以降低散热器的温度，因此热块和散热器之间产生梯度，以冷却热块。加热和冷却过程重复进行。
实施方式2
除了流体供应部分在7.4V、0.21A和1.5W的条件下操作以冷却热块，直到热块的温度达到60摄氏度外，实施方式2以与实施方式1相同的方式进行。
比较例
除了不提供流体供应部分外，比较例以与实施方式1相同的方式进行。
实验例
测量根据实施方式和比较例完成三十次加热和冷却过程所花费的时间。
在实施方式1的情况下，完成三十次加热和冷却过程花费了602秒，并且在实施方式2的情况下，完成三十次加热和冷却过程花费了674秒。在比较例的情况下，完成三十次加热和冷却过程花费了840秒。
从实验结果可以看出，当冷却流体供应到根据实施方式1和2的热块的空闲空间时，可以确认与不供应冷却流体的情况相比，完成冷却和加热过程所花费的时间明显减少。例如，在实施方式1与比较例相比的情况下，可以确认完成加热和冷却过程所花费的时间减少了约30％。
虽然已经参考具体实施方式描述了本发明的实施方式，但对于本领域的技术人员来说，显而易见的是，可以在不脱离所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和变型。
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年1月17日提交的韩国专利申请10-2019-0006143的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。

Claims (7)

1.一种基因扩增模块，所述基因扩增模块包括：
热块，在所述热块中限定有反应容器容纳空间，用于容纳盛装待扩增试样的反应容器；
加热部分，所述加热部分设置在所述热块下方，以通过热传导与所述热块进行热交换来加热所述热块；
冷却部分，所述冷却部分作为散热器并且设置在所述加热部分下方，以通过热传导与所述加热部分进行热交换来冷却所述热块；以及
流体供应部分，所述流体供应部分设置成面对所述热块的一侧，所述流体供应部分配置成向所述热块供应冷却流体，
其中，所述热块上设置有限定所述热块的外周的侧壁，并且
所述侧壁中限定有一个或多个供应孔，所述供应孔配置成供应所述冷却流体，
其中，所述流体供应部分包括：
第一流体供应部分，所述第一流体供应部分设置成面对所述热块的其中限定有所述供应孔的一个侧壁；以及
第二流体供应部分，所述第二流体供应部分设置成面对所述热块的其中限定有所述供应孔的与所述一个侧壁相对的另一侧壁，
其中，所述热块中限定有空闲空间，并且
所述空闲空间与所述供应孔连通，
其中，所述空闲空间包括：
第一空闲空间，所述第一空闲空间与所述供应孔连通；以及
第二空闲空间，所述第二空闲空间限定成与所述第一空闲空间交叉，并且
其中，所述热块的所述侧壁中限定有与所述第二空闲空间连通的排放孔。
2.根据权利要求1所述的基因扩增模块，其中，在所述热块中，以m×n矩阵形式限定有总共m×n个反应容器容纳空间，其中m和n是彼此不同的自然数，或者以n×n矩阵形式限定有总共n2个反应容器容纳空间，并且
在所述反应容器容纳空间之间分别限定有所述供应孔。
3.根据权利要求1所述的基因扩增模块，其中，所述流体供应部分设置成与所述侧壁当中的限定有所述供应孔的侧壁紧密接触。
4.根据权利要求1所述的基因扩增模块，其中，所述空闲空间与所述反应容器容纳空间间隔开。
5.根据权利要求1所述的基因扩增模块，其中，所述排放孔分别限定在所述第二空闲空间的两端中。
6.根据权利要求1所述的基因扩增模块，其中，所述流体供应部分包括可旋转的风扇，以使所述冷却流体供应到所述热块的所述空闲空间中。
7.根据权利要求1所述的基因扩增模块，其中，所述热块设置有四个侧壁，每个侧壁均具有形状为波浪形的弯曲表面。
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