CN211546501U - 基因扩增设备 - Google Patents

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Abstract

一种基因扩增设备。该基因扩增设备适于对至少一样本进行基因扩增，包括一支架、一中央控制模块、一马达、一磁场单元、一旋转承座、一检测模块以及至少一电力供应线圈；中央控制模块设于支架，马达设于支架，磁场单元设于支架，磁场单元提供一磁场，检测模块设于旋转承座之上，电力供应线圈耦接检测模块并设于旋转承座之上，在一充电模态下，中央控制模块控制马达以转动旋转承座，电力供应线圈依据上述磁场产生一第一感应电流，第一感应电流被供给至检测模块。本实用新型实施例的基因扩增设备具有简化的结构以及较高的可靠度。

Description

基因扩增设备
技术领域
本实用新型涉及一种基因扩增设备，特别涉及一种具有无线供电功能的基因扩增设备。
背景技术
聚合酶连锁反应(Polymerase chain reaction,PCR)是利用基因聚合酶对基因进行连锁复制，其中，实时定量聚合酶连锁反应(Real-Time PCR,qPCR)可实时监测整个聚合酶连锁反应。聚合酶连锁反应主要包含温控部分及检测部分。温控部分提供聚合酶连锁反应所需要的热循环温度。而检测部分是利用特定激发光波长使荧光试剂释放出荧光反应，再藉由光学感测器及滤镜来撷取和检测特定波段。执行一次聚合酶连锁反应约可得到2倍的聚合酶连锁反应产物，执行N次后约可得到2N的聚合酶连锁反应产物，而在聚合酶连锁反应产物倍增时，荧光反应逐步增强累积，因此，实时定量聚合酶连锁反应实时地监测整个聚合酶连锁反应的温度变化与荧光变化，记录循环数与荧光强度的变化值，即可对基因作量化分析。
在公知技术中，基因扩增设备具有旋转承座以及温度检测模块，温度检测模块设置于旋转承座，温度检测模块所提供的温度数据以及所需要的电力必须以信号线/电源线传输。由于信号线/电源线的一端连接固定不动的中央控制模块，信号线/电源线的另一端连接会转动的温度检测模块，因此，信号线/电源线的可靠度低，且基因扩增设备的整体机构设计也因此而复杂化。
因此，需要提供一种基因扩增设备来解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的实施例有关于一种基因扩增设备，适于对至少一样本进行基因扩增，基因扩增设备包括一支架、一中央控制模块、一马达、一磁场单元、一旋转承座、一检测模块以及至少一电力供应线圈；中央控制模块设于支架，马达设于支架，中央控制模块驱动马达，磁场单元设于支架，磁场单元提供一磁场，马达适于转动旋转承座，使旋转承座相对支架旋转，其中，样本被设置于旋转承座之上，检测模块设于旋转承座之上，电力供应线圈耦接检测模块并设于旋转承座之上；其中，在一充电模态下，中央控制模块控制马达以转动旋转承座，电力供应线圈依据磁场产生一第一感应电流，第一感应电流被供给至检测模块。
在另一实施例中，本实用新型有关于一种基因扩增方法，适于对至少一样本进行基因扩增，包括下述步骤。首先，提供一基因扩增设备，基因扩增设备包括一支架、一中央控制模块、一马达、一磁场单元、一旋转承座、一检测模块以及至少一电力供应线圈，中央控制模块设于支架，马达设于支架，中央控制模块驱动马达，磁场单元设于支架，磁场单元提供一磁场，马达适于转动旋转承座，使旋转承座相对支架旋转，其中，样本被设置于旋转承座之上，检测模块设于旋转承座之上，电力供应线圈耦接检测模块，并设于旋转承座之上。接着，提供基因扩增设备的一光学系统，光学系统固定于支架，其中，电力供应线圈围绕光学系统。再，提供基因扩增设备的一温度控制模块，温度控制模块适于控制旋转承座的温度，检测模块为一温度检测模块，检测模块检测旋转承座的温度并产生一温度信息，其中，在一充电模态下，中央控制模块控制马达以转动旋转承座，电力供应线圈依据磁场产生一第一感应电流，第一感应电流被供给至检测模块。
应用本实用新型实施例的基因扩增设备，以磁场感应的原理为检测模块供电，并通过无线传输单元传递数据。由于省略了公知的信号线以及电源线，因此可简化基因扩增设备的整体机构设计，也提高了信号以及电力传输的可靠度。
附图说明
图1A显示本实用新型实施例的基因扩增设备的组合图。
图1B显示本实用新型实施例的基因扩增设备的分解图。
图2A以及图2B显示本实用新型实施例的温控系统的详细结构示意图。
图2C显示本实用新型实施例的聚合酶连锁反应所需要的三阶段热循环温度示意图。
图3显示本实用新型实施例的光学系统的详细结构示意图。
图4显示本实用新型实施例的转动系统的示意图。
图5A显示本实用新型实施例的基因扩增设备的主要元件的分解图。
图5B显示本实用新型实施例的基因扩增设备的主要元件的组合图。
图5C显示本实用新型实施例的基因扩增设备的俯视图。
图6A显示本实用新型实施例的基因扩增设备的系统框图。
图6B显示本实用新型实施例的基因扩增设备的系统框图，其中，基因扩增设备处于充电模态。
图6C显示本实用新型实施例的基因扩增设备的系统框图，其中，基因扩增设备处于温度信息回传模态。
图7A显示本实用新型一实施例的基因扩增方法。
图7B以及图7C显示上述的基因扩增方法的具体实施例。
主要组件符号说明：
A 基因扩增设备
T 温控系统
T1 加热盘
T2 旋转盘
T3 旋转盘盖
T4 热电致冷芯片
T5 加热器
T6 散热鳍片
T72 风扇
O 光学系统
R 转动系统
R1 马达
1 中央控制模块
11 第二无线传输单元
12 系统处理单元
13 马达驱动单元
2 旋转承座
201 旋转轴心
21 线圈设置件
22 容置槽
3 检测模块
321 整流器
322 储能单元
331 第一无线传输单元
34 温度检测控制单元
341 温度感测单元
35 存储单元
39 电力供应线圈
4 磁场单元
41 N极磁铁
42 S极磁铁
8 支架
91 设备上盖
912 上盖显示模块
S11、S12、S13、S14、S16、S17、S18 步骤
P1 虚拟平面
P2 虚拟曲面
具体实施方式
图1A显示本实用新型实施例的基因扩增设备的组合图，图1B显示本实用新型实施例的基因扩增设备的分解图，搭配参照图1A以及图1B，在一实施例中，本实用新型实施例的基因扩增设备A为一种实时定量聚合酶连锁反应(qPCR)设备，其主要包括温控系统T、光学系统O及转动系统R，温控系统T对含有荧光试剂的试管提供聚合酶连锁反应所需要的三阶段热循环温度，每一次聚合酶连锁反应须包括升温至94℃的变性作用(Denaturation)、降温至50℃～60℃的炼合作用(Annealing)、及再升温至72℃的延伸作用(Extension)。光学系统O对试管中的荧光试剂在每一次热循环后所激发出的荧光反应进行撷取数值及定量分析。转动系统R利用马达转动温控系统的转盘(在一实施例中，转盘乘载有16个试管)，使16个含有荧光试剂的试管可分别对应不同的光学系统位置，利用光学系统O的特定激发光波长使荧光试剂释放出荧光反应，接着光学系统O中的光电感测器(Photodiode)撷取荧光亮度及分析最后的基因浓度。上述各温度值可视不同基因及不同试剂而变化调整。
图2A以及图2B显示本实用新型实施例的温控系统的详细结构示意图。搭配参照图2A以及图2B，本实用新型实施例的温控系统T利用热电致冷芯片(Thermoelectric CoolingModule,TEC)进行加热和冷却以达到快速升降温。温控系统包含加热盘(Heating block)T1、旋转盘(Holder)T2、旋转盘盖(Cover)T3、热电致冷芯片T4、加热器(Heater)T5、散热鳍片(Heat sink)T6、及风扇(Fan)T72。加热盘(Heating block)T1用以放置试管。旋转盘(Holder)T2用以防止试管倾斜。旋转盘盖(Cover)T3用以施加压力使试管接触加热盘T1。热电致冷芯片(TEC)T4用以配合加热器T5、散热鳍片T6及风扇T72精确调控升降温。聚合酶连锁反应所需要的三阶段热循环温度如图2C所示，一开始执行变性作用(Denaturation)，加温至95℃的第一阶段温度，热电致冷芯片T4的热端接触加热盘T1使加热盘T1升温，此时加热器T5开启搭配热电致冷芯片T4加热，利用计算机程控维持聚合酶连锁反应的第一阶段温度。加热器T5的另一作用可使热电致冷芯片T4两端温差维持在一定的数值，以维持升温速率。接着执行炼合作用(Annealing)，降温至50～60℃的第二阶段温度，此时施加于热电致冷芯片T4的电压反转，冷热端互换，且此时加热器T5关闭，风扇T72开启，利用散热鳍片T6将热电致冷芯片T4热端的热传导出去，利用风扇T72的强制对流将热导出至机台外，并搭配热电致冷芯片T4两端温差精确调控温度。最后执行延伸作用(Extension)，再升温至72℃的第三阶段温度。
图3显示本实用新型实施例的光学系统的详细结构示意图。在本实用新型的一实施例中，光学系统O具有四个光学装置，每一光学装置包括一激发滤镜(Excitationfilter)、一发射滤镜(Emission filter)及一光电感测器(Photodiode)。在一实施例中，上述光学装置可用以检测四种特定荧光:绿(激发波长494nm、发射波长520nm)、黄(激发波长550nm、发射波长570nm)、橘(激发波长575nm、发射波长602nm)、红(激发波长646nm、发射波长662nm)。
就光学装置的细部而言，在光学装置中，由单色发光二极管(LED)发出的光线，穿过激发滤镜(Excitation filter)，再被分光滤镜(Dichroic filter)反射(分光滤镜(Dichroic filter)能反射短波而使长波穿透)，向上照射在装有荧光试剂的试管底部，荧光试剂受到激发后，所发射的荧光穿过分光滤镜再穿过发射滤镜(Emission filter)，筛选掉所有不需要的噪声光源后被光电感测器(Photodiode)接收，在一连串的光路后观测最终的荧光特性变化以进行分析。
图4显示本实用新型实施例的转动系统R的示意图。参照图4，转动系统R的马达R1直接转动温控系统T，使温控系统T上含有荧光试剂的试管可分别对应四个光学装置位置以进行检测。在一实施例中，转动系统R可以包括极限感测器(limit sensor)，其利用光遮断方式检测马达R1转动位置中的初始点(Home)和停止点(End)，并通过固件和软件区别目前正在检测的试管。
图5A显示本实用新型实施例的基因扩增设备的主要元件的分解图。图5B显示本实用新型实施例的基因扩增设备的主要元件的组合图。搭配参照图5A以及图5B，本实用新型的实施例的基因扩增设备，适于对至少一样本进行基因扩增。基因扩增设备包括一支架8、一中央控制模块1、马达R1、一磁场单元4、一旋转承座2、一检测模块3以及至少一电力供应线圈39，中央控制模块1设于支架8，马达R1设于支架8，中央控制模块1驱动马达R1，磁场单元4设于支架8，磁场单元4提供一磁场，马达R1适于转动旋转承座2，使旋转承座2相对支架8旋转，其中，样本被设置于旋转承座2之上，检测模块3设于旋转承座2之上，电力供应线圈39耦接检测模块3，并设于旋转承座2之上。其中，在一充电模态下，中央控制模块1控制马达R1以转动旋转承座2，电力供应线圈39依据磁场产生一第一感应电流，第一感应电流被供给至检测模块3。
搭配参照图2A以及图2B，在一实施例中，旋转承座2包括前述的加热盘(Heatingblock)T1、旋转盘(Holder)T2以及旋转盘盖(Cover)T3。参照图5A以及图5B，在一实施例中，旋转承座2还包括旋转盘T2以及至少一线圈设置件21，检测模块3设于旋转盘T2，电力供应线圈39设于线圈设置件21，线圈设置件21连接旋转盘T2。
图5C显示本实用新型实施例的基因扩增设备的俯视图。搭配参照图5B、图5C，在一实施例中，旋转盘T2位于一虚拟平面P1，线圈设置件位于一虚拟曲面P2，虚拟曲面P2正交虚拟平面P1。
参照图5A、图5B，在一实施例中，基因扩增设备还包括光学系统O，光学系统O固定于支架8，其中，多个电力供应线圈39围绕光学系统O。藉此，电力供应线圈39可避免和光学系统O发生干涉。
参照图5A、图5B，在一实施例中，磁场单元4包括一N极磁铁41以及一S极磁铁42，光学系统O以及电力供应线圈39位于N极磁铁41以及S极磁铁42之间。
搭配参照图2A以及图2B，在一实施例中，基因扩增设备还包括温度控制模块(包含前述的热电致冷芯片T4、加热器T5、散热鳍片T6、及风扇T72)，温度控制模块适于控制旋转承座的温度(包括升温及降温)，检测模块3为一温度检测模块，检测模块3检测旋转承座2的温度并产生一温度信息。
搭配参照图2A以及图2B，在一实施例中，旋转承座2包括多个容置槽22(设置于加热盘T1之上)，数个容置槽22绕旋转承座2的一旋转轴心201呈环状排列，样本适于被置于任一容置槽22之中。
搭配参照图5A以及图5B，在一实施例中，基因扩增设备还包括一设备上盖91以一上盖显示模块912，上盖显示模块912设于设备上盖91，检测模块3包括一检测模块感应线圈(未显示)，上盖显示模块912包括一显示模块感应线圈(未显示)，检测模块感应线圈提供一感应电压，显示模块感应线圈依据感应电压产生一第二感应电流，第二感应电流被供给至上盖显示模块912，藉此上盖显示模块912可以显示基因扩增作业的进度等等信息。
图6A显示本实用新型实施例的基因扩增设备的系统框图。参照图6A，在一实施例中，检测模块3包括一整流器321、一储能单元322、一第一无线传输单元331、一温度检测控制单元34以及一温度感测单元341，整流器321耦接电力供应线圈39以及储能单元322，温度检测控制单元34耦接温度感测单元341以及第一无线传输单元331。中央控制模块1包括一第二无线传输单元11、一系统处理单元12以及一马达驱动单元13，系统处理单元12耦接第二无线传输单元11以及马达驱动单元13。
图6B显示本实用新型实施例的基因扩增设备在充电模态下的情形。参照图6B，在充电模态下，系统处理单元12通过马达驱动单元13控制马达R1，使马达R1转动旋转承座2，位于N极磁铁41及S极磁铁42之间的电力供应线圈39随旋转承座2旋转，因此电力供应线圈39依据磁场产生第一感应电流。第一感应电流经过整流器321而对储能单元322充电，储能单元322供电给检测模块3。
图6C显示本实用新型实施例的基因扩增设备在温度信息回传模态下的情形。参照图6C，在一温度信息回传模态下，温度感测单元341检测旋转承座2的温度并产生一温度信息，温度检测控制单元34将温度信息传递至第一无线传输单元331，第一无线传输单元331将温度信息发出。第二无线传输单元11接收第一无线传输单元331发送的温度信息，并将温度信息传送至系统处理单元12。
参照图6C，在一实施例中，检测模块3还包括一存储单元35，温度信息被存放于存储单元35，温度检测控制单元34从存储单元35读取温度信息，并将温度信息传递至第一无线传输单元331。
在上述实施例中，第一无线传输单元331与第二无线传输单元11之间可以通过蓝牙或其他方式进行无线传输，上述公开并未限制本实用新型。
图7A显示本实用新型一实施例的基因扩增方法，适于对至少一样本进行基因扩增，包括下述步骤。首先，提供前述的基因扩增设备(S11)。再，在一第一升温步骤中，以温度控制模块将旋转承座2提升至一第一温度(S12)。接着，在一第一定温步骤中，以温度控制模块将旋转承座2维持于第一温度(S13)。再，在一第一降温步骤中，以温度控制模块将旋转承座2冷却至一第二温度(S14)。接着，在一检测步骤中，以温度控制模块将旋转承座2维持于第二温度(S15)。再，在一第二升温步骤中，以温度控制模块将旋转承座2提升至一第三温度(S16)。接着，在一第二定温步骤中，以温度控制模块将旋转承座2维持于第三温度(S17)。再，在一第三升温步骤中，以温度控制模块将旋转承座2提升至第一温度(S18)。
图7B以及图7C显示上述的基因扩增方法的具体实施例。搭配参照图7B以及图7C，在一第一升温步骤中，以温度控制模块将旋转承座提升至一第一温度(95°)(S12)。接着，在一第一定温步骤中，以温度控制模块将旋转承座维持于第一温度(95°、10秒)(S13)。再，在一第一降温步骤中，以温度控制模块将旋转承座冷却至一第二温度(50°)(S14)。接着，在一检测步骤中，以温度控制模块将旋转承座维持于第二温度(50°、检测)(S15)。再，在一第二升温步骤中，以温度控制模块将旋转承座提升至一第三温度(72°)(S16)。接着，在一第二定温步骤中，以温度控制模块将旋转承座维持于第三温度(72°)(S17)。再，在一第三升温步骤中，以温度控制模块将旋转承座提升至第一温度(95°)(S18)。在达到循环数之前，通过重复上述步骤S13～步骤S18，可以获得基因扩增的效果。而在达到循环数之后，则结束程序。
在本实用新型的一实施例中，在第一升温步骤、第一定温步骤、第一降温步骤、第二升温步骤、第二定温步骤以及第三升温步骤中，温度检测控制单元34通过第一无线传输单元331发送一电力储量信息，系统处理单元12通过第二无线传输单元11接收上述电力储量信息，并依据电力储量信息判断是否进入充电模态。
在检测步骤中，基因扩增设备进入一检测模态，在检测模态下，光学系统O对样本进行检测，马达R1以一检测转速转动旋转承座2。在充电模态，马达R1以一充电转速转动旋转承座2，充电转速大于检测转速。
在上述实施例中，在检测步骤中，由于马达R1必须以检测转速转动旋转承座2，以供光学系统O对样本进行检测。因此难以同时对温度检测控制单元34进行充电。而，在第一升温步骤、第一定温步骤、第一降温步骤、第二升温步骤、第二定温步骤以及第三升温步骤中，由于旋转承座2的旋转转速不会大幅影响升温、定温、降温等作业，因此在上述步骤中检测电力储量，并判断是否进入充电模态。
应用本实用新型实施例的基因扩增设备，以磁场感应的原理为检测模块供电，并通过无线传输单元传递数据。由于省略了公知的信号线以及电源线，因此可简化基因扩增设备的整体机构设计，也提高了信号以及电力传输的可靠度。
虽然本实用新型已以具体的较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，仍可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围应当视所附的权利要求书所界定者为准。

Claims (11)

1.一种基因扩增设备，适于对至少一样本进行基因扩增，其特征在于，该基因扩增设备包括：
一支架；
一中央控制模块，该中央控制模块设于该支架；
一马达，该马达设于该支架，该中央控制模块驱动该马达；
一磁场单元，该磁场单元设于该支架，该磁场单元提供一磁场；
一旋转承座，该马达适于转动该旋转承座，使该旋转承座相对该支架旋转，其中，该样本被设置于该旋转承座之上；
一检测模块，该检测模块设于该旋转承座之上；以及
至少一电力供应线圈，该至少一电力供应线圈耦接该检测模块，并设于该旋转承座之上，
其中，在一充电模态下，该中央控制模块控制该马达以转动该旋转承座，该电力供应线圈依据该磁场产生一第一感应电流，该第一感应电流被供给至该检测模块。
2.如权利要求1所述的基因扩增设备，其特征在于，该旋转承座还包括一旋转盘以及至少一线圈设置件，该检测模块设于该旋转盘，该电力供应线圈设于该线圈设置件，该线圈设置件连接该旋转盘。
3.如权利要求2所述的基因扩增设备，其特征在于，该旋转盘位于一虚拟平面，该线圈设置件位于一虚拟曲面，该虚拟曲面正交该虚拟平面。
4.如权利要求2所述的基因扩增设备，其特征在于，该基因扩增设备还包括一光学系统，该光学系统固定于该支架，其中，该等电力供应线圈围绕该光学系统。
5.如权利要求4所述的基因扩增设备，其特征在于，该磁场单元包括一N极磁铁以及一S极磁铁，该光学系统以及该等电力供应线圈位于该N极磁铁以及该S极磁铁之间。
6.如权利要求4所述的基因扩增设备，其特征在于，该基因扩增设备还包括一温度控制模块，该温度控制模块适于控制该旋转承座的温度，该检测模块包括一温度检测模块，该检测模块检测该旋转承座的温度并产生一温度信息。
7.如权利要求6所述的基因扩增设备，其特征在于，该旋转承座包括多个容置槽，该等容置槽绕该旋转承座的一旋转轴心呈环状排列，该样本适于被置于任一该容置槽之中。
8.如权利要求1所述的基因扩增设备，其特征在于，还包括一设备上盖以及一上盖显示模块，该上盖显示模块设于该设备上盖，该检测模块包括一检测模块感应线圈，该上盖显示模块包括一显示模块感应线圈，该检测模块感应线圈提供一感应电压，该显示模块感应线圈依据该感应电压产生一第二感应电流，该第二感应电流被供给至该上盖显示模块。
9.如权利要求1所述的基因扩增设备，其特征在于，该检测模块包括一整流器、一储能单元、一第一无线传输单元、一温度检测控制单元以及一温度感测单元，该整流器耦接该电力供应线圈以及该储能单元，该温度检测控制单元耦接该温度感测单元以及该第一无线传输单元，在该充电模态下，该电力供应线圈产生该第一感应电流，该第一感应电流经过该整流器而对该储能单元充电，该储能单元供电给该检测模块，在一温度信息回传模态下，该温度感测单元检测该旋转承座的温度并产生一温度信息，该温度检测控制单元将该温度信息传递至该第一无线传输单元，该第一无线传输单元将该温度信息发出。
10.如权利要求9所述的基因扩增设备，其特征在于，该中央控制模块包括一第二无线传输单元、一系统处理单元以及一马达驱动单元，该系统处理单元耦接该第二无线传输单元以及该马达驱动单元，在该充电模态下，该系统处理单元通过该马达驱动单元控制该马达，使该马达旋转该旋转承座，该电力供应线圈依据该磁场产生该第一感应电流，在该温度信息回传模态下，该第二无线传输单元接收该第一无线传输单元发送的该温度信息，并将该温度信息传送至该系统处理单元。
11.如权利要求10所述的基因扩增设备，其特征在于，该检测模块还包括一存储单元，该温度信息被存放于该存储单元，该温度检测控制单元从该存储单元读取该温度信息，并将该温度信息传递至该第一无线传输单元。
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