CN211713101U - 核酸分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种核酸分析装置，包括主框体、流体输送单元、第一温度控制单元、第二温度控制单元、光学单元、旋转驱动单元及线性驱动单元。主框体具有腔室以安装卡匣，卡匣包括多个检测槽。流体输送单元进行核酸萃取及核酸扩增，且具有流体配接器。第一温度控制单元提供第一温度以供核酸扩增。第二温度控制单元在核酸扩增前提供较第一温度高的第二温度以供核酸变性。光学单元进行核酸检测。旋转驱动单元在核酸检测期间旋转卡匣，使检测槽与光学单元对位。线性驱动单元在核酸萃取期间将流体配接器及第二温度控制单元向上抬升，以与卡匣底面紧密接触。

Description

核酸分析装置

技术领域

本申请涉及一种核酸分析装置，尤其涉及一种全功能整合式(all-in-one)的核酸分析装置。

背景技术

即时就地照护(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，且采用可即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。

近年来，一些POC装置被开发用于以等温方式进行核酸扩增的分子诊断，其所采用的一次性卡匣被安装于装置内以进行流体处理，且随后进行扩增及光学检测。然而，现行的装置仅提供用于扩增及检测的单一加热区间(例如60-65℃)，缺乏更高的加热温区(例如95℃)，无法在核酸萃取后更有效地使核酸变性(denaturation)，以产生单链核酸进行扩增。因此，为了改善现有技术的缺失，实有必要提供一种改良的POC装置。

实用新型内容

本申请的一目的在于提供一种全功能整合式的核酸分析装置，使得样品纯化、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，以实现即时核酸分析。

本申请的另一目的在于提供一种核酸分析装置，其具有第二温度控制单元，可提供更高加热温区以使核酸变性，借此提升核酸扩增效率。

本申请的又一目的在于提供一种核酸分析装置，其具有线性驱动单元，可确保不泄漏的流体输送以及可靠的高温加热。

为达上述目的，本申请提供一种核酸分析装置，包括一壳体、一主框体、一流体输送单元、一第一温度控制单元、一第二温度控制单元、至少一光学单元、一旋转驱动单元及一线性驱动单元。壳体包括一上壳体及一下壳体。主框体设置于下壳体中，且具有一腔室供安装一卡匣于其中，卡匣包括多个检测槽。流体输送单元设置于下壳体中，并被配置为输送卡匣内的样品及/或试剂，以进行核酸萃取及/或核酸扩增，其中流体输送单元具有一流体配接器，且流体配接器设置于主框体的下方。第一温度控制单元设置于主框体上，并被配置为提供一第一温度，以进行核酸扩增。第二温度控制单元设置于主框体的下方，并被配置为在核酸扩增前提供较第一温度高的一第二温度，以进行核酸变性。光学单元设置于主框体上，并包括多个光学元件以进行核酸检测。旋转驱动单元设置于下壳体中，并被配置为在核酸检测期间以一预设程序旋转卡匣，以使卡匣的检测槽与光学单元对位。线性驱动单元，设置于下壳体中，并被配置为在核酸萃取期间将流体配接器及第二温度控制单元向上抬升，以使流体配接器及第二温度控制单元与卡匣的一底面紧密接触。

在一实施例中，在核酸扩增及检测期间，线性驱动单元驱动流体配接器及第二温度控制单元向下移动以与卡匣的底面保留一间隙。

在一实施例中，在核酸检测完成后，线性驱动单元驱动流体配接器及第二温度控制单元向上移动，并将卡匣向上推送使卡匣的顶面明显高于主框体的顶面，以利卡匣的取出。

在一实施例中，线性驱动单元包括一步进马达、一丝杆、一滑块以及一悬臂，其中滑块通过丝杆与步进马达连接，悬臂固定于滑块上，且流体配接器及第二温度控制单元承载于悬臂上。

在一实施例中，线性驱动单元包括至少一位置感测单元。

在一实施例中，上壳体包括多个挡止部，当卡匣被线性驱动单元向上推送时，卡匣的顶面会抵顶至挡止部。

在一实施例中，卡匣包括至少一导沟，旋转驱动单元包括至少一突部，突部可于导沟中滑动，且旋转驱动单元通过突部夹持卡匣，以驱动卡匣的旋转。

在一实施例中，旋转驱动单元包括一步进马达、一转轴、一驱动齿轮以及一从动齿轮，其中驱动齿轮通过转轴与步进马达连接，且驱动齿轮与从动齿轮啮合。

在一实施例中，突部设置于从动齿轮上。

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，每一光学单元提供独特波长的光，以检测多个目标。

在一实施例中，卡匣包括一卡匣本体、一反应晶片以及一热处理晶片，反应晶片设置于卡匣本体的顶部，且热处理晶片设置于卡匣本体的底部。

在一实施例中，第一温度控制单元环绕卡匣本体且承载反应晶片于其上。

在一实施例中，第二温度控制单元对热处理晶片进行接触加热。

在一实施例中，热处理晶片的底面包括多个开口，且流体配接器的顶面包括多个开孔，可对应连接热处理晶片的多个开口，以形成流体输送的管道。

在一实施例中，反应晶片包括至少两个流体网络，其中每一流体网络包括多个检测槽、一主要流体流道及一气体释放流道，主要流体流道与检测槽连接且被配置为将样品或对照液体分配至检测槽中，气体释放流道与检测槽连接且被配置为将气体自检测槽释放，其中流体网络的其中之一被配置为品质管控。

在一实施例中，气体释放流道相较主要流体流道明显较窄。

在一实施例中，反应晶片的形状大致上为正多边形，且每一检测槽具有至少一平面。

在一实施例中，反应晶片还包括设于其顶面的至少一样品载入孔，用于加入样品于卡匣中。

在一实施例中，核酸分析装置还包括一内嵌镜头，用以扫描一样品管或卡匣上的一条码或一QR图码以获取相关信息。

综上所述，本实用新型的核算分析装置的优点和有益效果在于：

本实用新型的核算分析装置将流体输送单元、温度控制单元、驱动单元及光学单元整合在单一装置上，使得样品纯化、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，以实现即时核酸分析，故本申请核酸分析装置提供了简便且快速的核酸分析。特别是，本申请的温度控制单元除包括提供等温扩增所需的单一温度区间的第一温度控制单元外，还包括可提供更高加热温区以使核酸变性的第二温度控制单元，故可提升核酸扩增效率。

再者，本申请的核酸分析装置包括两组驱动单元，其中之一为旋转驱动单元，可驱动卡匣的旋转，以使每一检测槽依序与不同的光学单元对位并进行检测。另一则为线性驱动单元，可驱动流体输送单元的部分及第二温度控制单元向上移动并紧密接触卡匣，以进行核酸萃取等流体处理；并在核酸扩增及检测阶段驱动流体输送单元的部分及第二温度控制单元向下移动而与卡匣分离，以利后续卡匣旋转；更可在核酸检测完成后将卡匣顶出，以利使用者将卡匣取出。因此，本申请的核酸分析装置可完成自动化的全功能整合检测，有助于POC诊断，具有极高的产业利用价值。

附图说明

图1显示本申请实施例的核酸分析装置示意图。

图2显示核酸分析装置内部主要结构示意图。

图3显示图2核酸分析装置的爆炸图。

图4及图5显示不同角度的卡匣示意图。

图6显示核酸分析装置的部分结构示意图。

图7显示核酸分析装置的部分结构示意图。

图8显示图7所示的结构及安装于其上的卡匣。

图9显示本申请实施例的旋转驱动单元示意图。

图10显示核酸分析装置的部分结构示意图。

图11显示卡匣安装完成时的局部剖面图。

图12显示核酸分析装置的部分结构示意图。

图13A至图13F显示核酸分析装置进行全功能整合检测的工作流程。

附图标记说明如下：

1：壳体

11：上壳体

12：下壳体

13：挡止部

131：弹簧

14：电源开关

15：内嵌镜头

16：触控屏幕

2：主框体

21：腔室

3：流体输送单元

31：流体配接器

311：开孔

312：接头

4：第一温度控制单元

41：加热器

411：加热元件

42：散热器

43：热绝缘层

5：第二温度控制单元

51：加热器

52：散热器

53：风扇

6：光学单元

61：光源

62：光检测器

7：旋转驱动单元

71：步进马达

72：转轴

73：驱动齿轮

74：从动齿轮

741：突部

75：旋转感测单元

76：轴承

8：线性驱动单元

81：步进马达

82：丝杆

83：滑块

84：悬臂

85：位置感测单元

9：卡匣

91：卡匣本体

92：反应晶片

921：检测槽

922：主要流体流道

923：气体释放流道

924：样品载入孔

925：槽

93：热处理晶片

931：开口

932：加热槽

94：导沟

9A、9B：流体网络

具体实施方式

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

本申请提供一种全功能整合式(all-in-one)的核酸分析装置，其将流体输送单元、温度控制单元、驱动单元及光学单元整合在单一装置上，使得样品纯化、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，以实现即时核酸分析。

图1显示本申请实施例的核酸分析装置示意图，其中核酸分析装置呈开启状态。图2显示核酸分析装置内部主要结构示意图，其中电线及管件连接不显示，以更清楚显示核酸分析装置的内部结构。图3显示图2核酸分析装置的爆炸图。图4及图5显示不同角度的卡匣示意图。本申请的核酸分析装置包括一壳体1、一主框体2、一流体输送单元3、一第一温度控制单元4、一第二温度控制单元5、至少一光学单元6、一旋转驱动单元7以及一线性驱动单元8。壳体1包括一上壳体11及一下壳体12，且主框体2、流体输送单元3、第一温度控制单元4、第二温度控制单元5、光学单元6的部分、旋转驱动单元7及线性驱动单元8皆设置于下壳体12中。

主框体2具有一腔室21，专门设计供一卡匣9安装于其中，其中卡匣9包括多个检测槽921。流体输送单元3被配置为输送卡匣9内的样品及/或试剂，以进行核酸萃取及/或核酸扩增，其中流体输送单元3具有一流体配接器31，且流体配接器31设置于主框体2的下方。第一温度控制单元4设置于主框体2上，并被配置为提供一第一温度，以进行核酸扩增。第二温度控制单元5设置于主框体2的下方，并被配置为在核酸扩增前提供较第一温度高的一第二温度，以进行核酸变性。光学单元6设置于主框体2上，并包括多个光学元件以进行核酸检测。旋转驱动单元7设置于下壳体12中，并被配置为在核酸检测期间以一预设程序旋转卡匣9，以使卡匣9的检测槽921与光学单元6对位。线性驱动单元8设置于下壳体12中，并被配置为在核酸萃取期间将流体配接器31及第二温度控制单元5向上抬升，以使流体配接器31及第二温度控制单元5与卡匣9的一底面紧密接触。

在一实施例中，核酸分析装置还包括一控制器，例如微控制单元(micro controlunit，MCU)，以控制流体输送单元3、第一温度控制单元4、第二温度控制单元5、光学单元6、旋转驱动单元7及线性驱动单元8的操作。

在一实施例中，上壳体11及下壳体12通过一铰链(hinge)连接，但不以此为限。上壳体11可被开启，使得卡匣9可放置于主框体2的腔室21中，当上壳体11关闭后，壳体1内便形成一封闭空间。

如图4及图5所示，卡匣9包括一卡匣本体91、一反应晶片92及一热处理晶片93，其中反应晶片92设置于卡匣本体91的顶部，且热处理晶片93设置于卡匣本体91的底部。反应晶片92可用于核酸扩增试剂储存、反应溶液处理、核酸扩增及检测的至少其中之一。卡匣本体91亦称为萃取晶片，可用于样品储存、样品制备试剂储存、样品细胞裂解、核酸萃取及纯化的至少其中之一。热处理晶片93则可用于核酸变性。

在一实施例中，反应晶片92为一平面型流体晶片，包括至少两个流体网络9A及9B，被配置为进行核酸扩增及检测，其中，流体网络9A及9B的其中之一被配置为品质管控。举例来说，较长的检测流体网络9A为样品流体网络，用于检测自样品萃取出的核酸，而较短的检测流体网络9B则为对照流体网络，用于检测阳性对照液体及阴性对照液体。在一些实施例中，流体网络9A及9B的每一个包括多个检测槽921、一主要流体流道922以及至少一气体释放流道923，其中，检测槽921容置样品或对照液体，主要流体流道922与检测槽921连接且被配置为将样品或对照液体分配至检测槽921中，气体释放流道923则与检测槽921连接且被配置为将气体自检测槽921释放，且气体释放流道923相较主要流体流道922明显较窄。

在一实施例中，检测槽921内有供核酸扩增及检测的试剂。举例来说，检测槽921可涂布供核酸扩增及检测的试剂，例如包括不同萤光染料的试剂。检测槽921的数量并不受限，且可多达40甚至更多个槽，故本申请装置可进行多重化(multiplexing)的核酸分析。在一实施例中，反应晶片92的形状大致上为正多边形，使得反应晶片92具有多个呈平面的侧面，可与光学单元6呈直线排列而有助于光线聚焦。当然，反应晶片92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6的光学元件的排列，亦可使光线聚焦于检测槽921中的样品。在一实施例中，每一检测槽921具有至少一平面。举例来说，检测槽921的形状可为矩形，且在核酸检测过程中，检测槽921具有一平面与光学单元6的光检测器62呈直线排列。

在一实施例中，卡匣本体91包括多个槽，其储存用于样品纯化及核酸萃取的试剂。卡匣本体91亦包括多个流道，其与槽连接以供流体输送。在一实施例中，卡匣本体91可为但不限于圆柱状本体。

在一实施例中，反应晶片92还包括至少一样品载入孔924，其开口于反应晶片92的顶面，且样品载入孔924与卡匣本体91的至少一槽对位及连通，用于加入样品于卡匣9中，并于卡匣本体91中进行样品纯化及核酸萃取。

在一些实施例中，反应晶片92还包括多个槽925及流道，可用于执行多种流体处理过程的流体功能，包括但不限于计量(metering)、混合(mixing)、除泡(debubbling)及分配(dispensing)的至少其中之一。

在一实施例中，热处理晶片93包括设于热处理晶片93底面的多个开口931及一加热槽932。

在一实施例中，卡匣9还包括设置在卡匣本体91及热处理晶片93的外表面上的至少一导沟94，其为一竖直沟槽。导沟94可与旋转驱动单元7一起运作以控制卡匣9的运动。

图6显示核酸分析装置的部分结构示意图。流体配接器31包括多个开孔311及多个接头312。多个开孔311设置于流体配接器31的顶面且对应连接热处理晶片93底面的多个开口931，以形成流体输送的管道。多个接头312设置于流体配接器31的侧面，且通过多个软管(未图示)与流体输送单元3连接。在运作过程中，一旦样品被载入卡匣9，样品载入孔924即被密封，且卡匣9被放入核酸分析装置的腔室21中，线性驱动单元8带动流体输送单元3向上运动，使卡匣9与流体输送单元3的流体配接器31紧密接触以避免泄漏。接着由流体输送单元3进行流体处理。流体输送单元3与卡匣9同时运作，以进行样品纯化、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9内完成样品处理的方法来实现。

在一实施例中，流体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3类似于本申请申请人于2016年7月22日申请的中国台湾专利申请案号105123156(专利公告号I641823)所述的流体整合模组，且前述申请案全体内容并于此作为揭示内容而不再于此赘述。简要来说，本申请实施例的流体输送单元3包括中国台湾专利公告号I641823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(例如泵)。流体岐管部具有多个微管道，经由多个软管、流体配接器31及卡匣9底部的开口931而与卡匣9内的槽体连接。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9的流体运作。因此，储存于卡匣9中的样品或试剂便可通过流体输送单元3的泵提供的气动力而输送到欲输送的位置，进而自动化地执行样品纯化、核酸萃取及核酸扩增等流程。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9内多重流体输送及路径切换功能，皆不脱离本申请揭露的范围。

图7显示核酸分析装置的部分结构示意图，图8显示图7所示的结构及安装于其上的卡匣。第一温度控制单元4设置于主框体2上，且包括一加热器41及一散热器42。在一实施例中，加热器41包括具有温度控制演算法的加热元件411，而散热器42包括多个散热片，其集成在加热器41上并呈环形排列，以加速热能散布。加热器41具有中央孔洞，且中央孔洞的直径略大于卡匣9的卡匣本体91的直径，使得卡匣9可轻易安装于其中。当卡匣9被安装于腔室21中时，第一温度控制单元4即承载反应晶片92于其上，且反应晶片92与加热器41接触并被散热器42所环绕。

在一实施例中，本申请的核酸分析装置设计用于以等温方式进行的核酸扩增，故在核酸扩增阶段只需要单一加热区间(例如60-65℃)，而无须进行多个不同温度区间的热循环控制，因此，第一温度控制单元4可显著简化，也因此使得核酸分析装置可小巧化设计，便于携带且适合用于POC诊断。此外，第一温度控制单元4还包括热绝缘层43，可提供良好的热隔绝，使得核酸分析装置的腔室21内部温度易于维持。一旦腔室21处于均一的温度环境，则从检测槽921及样品流向环境的热散失即可被最小化，且在核酸扩增及检测过程中，无论卡匣9是在转动或静止状态，整个封闭腔室21及每个检测槽921中的样品都具有相同的温度。

第一温度控制单元4于操作过程中提供腔室21内部所需的温度，其中温度控制不受检测槽921的数量及形状影响。在一实施例中，第一温度控制单元4还包括至少一温度感测器，用以控制温度的准确度。

在一实施例中，核酸分析装置包括多个光学单元6。光学单元6包括如光源、透镜、滤镜及光检测器等光学元件，以实现光学检测，使得样品在核酸扩增期间可被即时检测。如图1所示，光学单元6可包括一光源61及一光检测器62。在一实施例中，光源61可为但不限于发光二极体(light emitting diode,LED)，而光检测器62可为但不限于光电二极体(photodiode)。在操作过程中，每一光源61会与检测槽921其中之一对位，以提供检测用的有效光源，同时每一光检测器62会与该检测槽921对位，以进行检测并取得分析结果。卡匣9的旋转可使每一检测槽921依序通过不同的光学单元6。在一实施例中，每一光学单元6可提供一独特波长的光，藉此提供不同颜色的光进行萤光检测，使核酸分析装置可同时检测多个目标并实现多重化检测(multiplexing detection)。

旋转驱动单元7可由马达通过齿轮、皮带、链条、齿条、蜗杆或其他机械传动机构而致动，并可根据需求驱动卡匣9的旋转。图9显示本申请实施例的旋转驱动单元示意图。在此实施例中，旋转驱动单元7为一齿轮传动机构，包括一步进马达71、一转轴72、一驱动齿轮73、一从动齿轮74及一旋转感测单元75。从动齿轮74具有中央孔洞，且中央孔洞的直径略大于卡匣本体91的直径，使得卡匣9可轻易安装于其中，且从动齿轮74还包括至少一突部741，例如定位销或其他类似结构，可对应插入卡匣9上的导沟94，以夹持及控制卡匣9的运动。

图10显示核酸分析装置的部分结构示意图。如图9及图10所示，驱动齿轮73通过转轴72与步进马达71连接，且驱动齿轮73与从动齿轮74啮合，故当步进马达71通过转轴72驱动齿轮73旋转时，便可同时驱动从动齿轮74及从动齿轮74所夹持的卡匣9的旋转，进而控制卡匣9依预定程序旋转，以使检测槽921与每一光学单元6依序对位以进行核酸检测，且旋转感测单元75可监控检测槽921是否与光学单元6对位。在一实施例中，旋转驱动单元7还包括一轴承76，设置于从动齿轮74的内侧，可限制从动齿轮74的绝对位置，以实现更平稳及可靠的旋转。

图11显示卡匣安装完成时的局部剖面图。根据本申请的设计，卡匣9的导沟94具有特定长度，当卡匣9由使用者安装到腔室21中时，导沟94与从动齿轮74的突部741相配合，使得卡匣9可以向下滑动至终端位置，此时卡匣9的检测槽921与光学单元6的光检测器62便完美地位于同一水平面上，且两者的水平轴向通过旋转驱动单元7的控制即可精准对位。故本申请的设计定义了卡匣9安装时的绝对初始位置，有利于初始光学校正及背景信号量测。本申请的设计亦定义了卡匣9的绝对终端位置，以在核酸扩增及检测过程中保持旋转和对位的一致性。

在一实施例中，卡匣9包括三个导沟94，且相应地，从动齿轮74亦包括三个突部741。当然，导沟94及突部741的数量不限于三。

图12显示核酸分析装置的部分结构示意图。第二温度控制单元5包括一加热器51、一散热器52及一风扇53。加热器51包括具有温度控制演算法的加热元件，散热器52包括多个散热片且安装于加热器51的下方，风扇53则安装于散热器52的下方。加热器51的顶面可与卡匣9的底面接触，使得热处理晶片93底面的加热槽932与加热器51接触，以进行接触加热。第二温度控制单元5设置的目的在于提供更高的加热温区(例如95℃)，以对从样品萃取所得的核酸进行热处理，使核酸变性(denaturation)而产生单链核酸，以提升后续的核酸扩增效率。因此，在卡匣本体91中完成核酸萃取后，具有萃取核酸的样品会先向下输送至热处理晶片93进行变性，然后再往上输送至反应晶片92以进行核酸扩增及检测。且在核酸变性后，散热器52及风扇53可先对样品进行冷却，使温度降至等温扩增所需温度(例如60-65℃)，再将样品往上输送。

在核酸萃取阶段，卡匣9底面必须与流体输送单元3的流体配接器31紧密接触并达成密封状态，以进行流体处理且避免泄漏，同时与第二温度控制单元5紧密接触以进行热处理。而在核酸扩增及检测阶段，卡匣9必须旋转以使每一检测槽921依序与不同的光学单元6对位，而为降低卡匣9旋转时的摩擦力以使卡匣9旋转顺畅，卡匣9底面则必须与流体配接器31及第二温度控制单元5保留一间隙。因此，本申请的核酸分析装置除设有旋转驱动单元7控制卡匣9的旋转及对位外，更设有线性驱动单元8控制流体配接器31及第二温度控制单元5于垂直方向上的运动，进而分别符合核酸萃取阶段的密封需求，以及核酸扩增及检测阶段的旋转需求。

请参阅图6及图12。在一实施例中，线性驱动单元8包括一步进马达81、一丝杆82、一滑块83以及一悬臂84，其中滑块83通过丝杆82与步进马达81连接，且悬臂84固定于滑块83上。由于流体输送单元3的流体配接器31及第二温度控制单元5承载于悬臂84上，故当步进马达81经由丝杆82控制滑块83上下滑动时，便可带动悬臂84上的流体配接器31及第二温度控制单元5于垂直方向上的运动。因此，在核酸萃取阶段，线性驱动单元8可驱动流体配接器31及第二温度控制单元5向上移动并紧贴于卡匣9底面，以由流体输送单元3进行核酸萃取，并在核酸萃取后由第二温度控制单元5进行热处理，以使核酸变性。而在核酸扩增及检测阶段，线性驱动单元8则可驱动流体配接器31及第二温度控制单元5向下移动以与卡匣9底面保留一间隙，接着由旋转驱动单元7驱动卡匣9的旋转，以使每一检测槽921依序与不同的光学单元6对位并进行检测。

在一实施例中，在核酸检测完成后，线性驱动单元8更可驱动流体配接器31及第二温度控制单元5向上移动并紧贴于卡匣9底面，且进一步将卡匣9向上推送使卡匣9顶面明显高于主框体2顶面，以利使用者将卡匣9取出。

在一实施例中，线性驱动单元8还包括至少一位置感测单元85，可监控悬臂84的位置，并通过预设的逻辑控制演算法来精准控制流体配接器31及第二温度控制单元5的线性运动。举例来说，线性驱动单元8包括三组位置感测单元85，可监控流体配接器31及第二温度控制单元5的三段位置，包括由低至高的初始位置、与卡匣9紧密接触的位置以及将卡匣9顶出的位置。或者通过逻辑排列组合方式对三组位置感测单元85进行监控，可以控制多达8个(23)不同的位置，以实现更多功能位置控制。

在一实施例中，核酸分析装置还包括一压力感测器，当流体配接器31及第二温度控制单元5到达与卡匣9紧密接触的位置时，可即时监控卡匣9内部的流体压力，进而更精准地调整流体配接器31及第二温度控制单元5的位置，确保不泄漏的流体输送以及可靠的高温加热。

在一实施例中，核酸分析装置的上壳体11包括多个挡止部13，例如截止阀(check-valve plunger)，其内部设有弹簧131。当卡匣9被线性驱动单元8向上推送时，会抵顶至上壳体11的挡止部13，故挡止部13可限制线性驱动单元8的最大提升高度，且可吸收作用在上壳体11的压力。

图13A至图13F显示核酸分析装置进行全功能整合检测的工作流程。为了便于说明，图中仅显示出主要部件的部分结构。首先，使用者将样品添加到卡匣9中并将卡匣安装于腔室21中。此时，卡匣9的导沟94与从动齿轮74的突部741对位，使得卡匣9可向下滑动(如图13A所示)。当卡匣9向下滑动到终端位置，亦即突部741到达导沟94的顶端，此时卡匣9的检测槽921与光学单元6的光检测器62便完美地位于同一水平面上。接着将核酸分析装置的上壳体11关闭，使卡匣9通过突部741及挡止部13而夹持在预定的水平面上(如图13B所示)。

当核酸分析装置的上壳体11关闭后，线性驱动单元8便开始作动，使流体配接器31及第二温度控制单元5向上移动并紧贴于卡匣9底面，以由流体输送单元3进行核酸萃取，并在核酸萃取后由第二温度控制单元5进行热处理，以使核酸变性(如图13C所示)。位置感测单元85可同步监控流体配接器31及第二温度控制单元5的位置，以确保不泄漏的流体输送以及可靠的高温加热。

当所有的流体处理及加热/冷却过程依预定程序完成后，线性驱动单元8会驱动流体配接器31及第二温度控制单元5向下移动，以与卡匣9分离(如图13D所示)。此时卡匣9会回到初始位置，使卡匣9的检测槽921与光学单元6的光检测器62位于同一水平面上。同时样品会输送到反应晶片92，并依需求进行计量、混合及/或除泡等处理后，再将样品分配到检测槽921进行核酸扩增及检测。接着旋转驱动单元7会驱动卡匣9的旋转，以使每一检测槽921依序与不同的光学单元6对位并进行检测(如图13E所示)。

在核酸检测完成后，使用者便可将上壳体11开启，此时线性驱动单元8会再次驱动流体配接器31及第二温度控制单元5向上移动并紧贴于卡匣9底面，且进一步将卡匣9向上推送使卡匣9顶面明显高于主框体2顶面，以利使用者将卡匣9取出(如图13F所示)。此功能或可通过另一种方式来完成，举例来说，流体配接器31上可固定有至少一个例如销类的凸起结构。凸起结构和卡匣9的导沟94具有适合的尺寸使的可以被容纳于卡匣9的导沟94内，并且在垂直方向上和导沟94对准，不影响流体配接器31及第二温度控制单元5在垂直方向的移动。当卡匣9需要被顶起时，可通过旋转卡匣9一定的角度，使得凸起结构和卡匣9的导沟94不对准，此时线性驱动单元8会再次驱动流体配接器31及第二温度控制单元5向上移动，将卡匣9顶起。此方法可以更加灵活地调整卡匣9顶起的高度。顶起高度可由调节凸起结构的长度来进行优化。

在一实施例中，本申请的核酸分析装置的下壳体12上还包括一电源开关14、一内嵌镜头15及一触控屏幕16。内嵌镜头15可扫描样品管及卡匣上的条码或QR图码以获取相关信息，触控屏幕16则可供使用者操作及结果显示。

在一实施例中，本申请的核酸分析装置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-basedamplification,NASBA)、链置换扩增技术(strand displacement amplification,SDA)、解旋酶扩增技术(helicase-dependent amplification,HDA)、环型等温扩增技术(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)、重组酶聚合酶扩增技术(recombinasepolymerase amplification,RPA)及切口酶扩增技术(nicking enzyme amplificationreaction,NEAR)。

综上所述，本申请实施例提供一种全功能整合式的核酸分析装置，其将流体输送单元、温度控制单元、驱动单元及光学单元整合在单一装置上，使得样品纯化、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，以实现即时核酸分析，故本申请核酸分析装置提供了简便且快速的核酸分析。特别是，本申请的温度控制单元除包括提供等温扩增所需的单一温度区间的第一温度控制单元外，还包括可提供更高加热温区以使核酸变性的第二温度控制单元，故可提升核酸扩增效率。再者，本申请的核酸分析装置包括两组驱动单元，其中之一为旋转驱动单元，可驱动卡匣的旋转，以使每一检测槽依序与不同的光学单元对位并进行检测。另一则为线性驱动单元，可驱动流体输送单元的部分及第二温度控制单元向上移动并紧密接触卡匣，以进行核酸萃取等流体处理；并在核酸扩增及检测阶段驱动流体输送单元的部分及第二温度控制单元向下移动而与卡匣分离，以利后续卡匣旋转；更可在核酸检测完成后将卡匣顶出，以利使用者将卡匣取出。因此，本申请的核酸分析装置可完成自动化的全功能整合检测，有助于POC诊断，具有极高的产业利用价值。

纵使本实用新型已由上述实施例详细叙述而可由本领域普通技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护者。

Claims (20)

1.一种核酸分析装置，其特征在于，包括：

一壳体，包括一上壳体及一下壳体；

一主框体，设置于该下壳体中，且具有一腔室供安装一卡匣于其中，该卡匣包括多个检测槽；

一流体输送单元，设置于该下壳体中，并被配置为输送该卡匣内的样品及/或试剂，以进行核酸萃取及/或核酸扩增，其中该流体输送单元具有一流体配接器，且该流体配接器设置于该主框体的下方；

一第一温度控制单元，设置于该主框体上，并被配置为提供一第一温度，以进行核酸扩增；

一第二温度控制单元，设置于该主框体的下方，并被配置为在核酸扩增前提供较该第一温度高的一第二温度，以进行核酸变性；

至少一光学单元，设置于该主框体上，并包括多个光学元件以进行核酸检测；

一旋转驱动单元，设置于该下壳体中，并被配置为在核酸检测期间以一预设程序旋转该卡匣，以使该卡匣的该检测槽与该光学单元对位；以及

一线性驱动单元，设置于该下壳体中，并被配置为在核酸萃取期间将该流体配接器及该第二温度控制单元向上抬升，以使该流体配接器及该第二温度控制单元与该卡匣的一底面紧密接触。

2.如权利要求1所述的核酸分析装置，其特征在于，在核酸扩增及检测期间，该线性驱动单元驱动该流体配接器及该第二温度控制单元向下移动以与该卡匣的底面保留一间隙。

3.如权利要求1所述的核酸分析装置，其特征在于，在核酸检测完成后，该线性驱动单元驱动该流体配接器及该第二温度控制单元向上移动，并将该卡匣向上推送使该卡匣的顶面明显高于该主框体的顶面，以利该卡匣的取出。

4.如权利要求1所述的核酸分析装置，其特征在于，该线性驱动单元包括一步进马达、一丝杆、一滑块以及一悬臂，其中该滑块通过该丝杆与该步进马达连接，该悬臂固定于该滑块上，且该流体配接器及该第二温度控制单元承载于该悬臂上。

5.如权利要求1所述的核酸分析装置，其特征在于，该线性驱动单元包括至少一位置感测单元。

6.如权利要求1所述的核酸分析装置，其特征在于，该上壳体包括多个挡止部，当该卡匣被该线性驱动单元向上推送时，该卡匣的顶面会抵顶至该挡止部。

7.如权利要求1所述的核酸分析装置，其特征在于，该卡匣包括至少一导沟，该旋转驱动单元包括至少一突部，该突部可于该导沟中滑动，且该旋转驱动单元通过该突部夹持该卡匣，以驱动该卡匣的旋转。

8.如权利要求7所述的核酸分析装置，其特征在于，该旋转驱动单元包括一步进马达、一转轴、一驱动齿轮以及一从动齿轮，其中该驱动齿轮通过该转轴与该步进马达连接，且该驱动齿轮与该从动齿轮啮合。

9.如权利要求8所述的核酸分析装置，其特征在于，该突部设置于该从动齿轮上。

10.如权利要求1所述的核酸分析装置，其特征在于，该光学单元包括一光源及一光检测器。

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

12.如权利要求1所述的核酸分析装置，其特征在于，该卡匣包括一卡匣本体、一反应晶片以及一热处理晶片，该反应晶片设置于该卡匣本体的顶部，且该热处理晶片设置于该卡匣本体的底部。

13.如权利要求12所述的核酸分析装置，其特征在于，该第一温度控制单元环绕该卡匣本体且承载该反应晶片于其上。

14.如权利要求12所述的核酸分析装置，其特征在于，该第二温度控制单元对该热处理晶片进行接触加热。

15.如权利要求12所述的核酸分析装置，其特征在于，该热处理晶片的底面包括多个开口，且该流体配接器的顶面包括多个开孔，可对应连接该热处理晶片的该多个开口，以形成流体输送的管道。

16.如权利要求12所述的核酸分析装置，其特征在于，该反应晶片包括至少两个流体网络，其中每一该流体网络包括该多个检测槽、一主要流体流道及一气体释放流道，该主要流体流道与该检测槽连接且被配置为将该样品或对照液体分配至该检测槽中，该气体释放流道与该检测槽连接且被配置为将气体自该检测槽释放，其中该流体网络的其中之一被配置为品质管控。

17.如权利要求16所述的核酸分析装置，其特征在于，该气体释放流道相较该主要流体流道明显较窄。

18.如权利要求12所述的核酸分析装置，其特征在于，该反应晶片的形状为正多边形，且每一该检测槽具有至少一平面。

19.如权利要求12所述的核酸分析装置，其特征在于，该反应晶片还包括设于其顶面的至少一样品载入孔，用于加入样品于该卡匣中。

20.如权利要求1所述的核酸分析装置，其特征在于，还包括一内嵌镜头，用以扫描一样品管或该卡匣上的一条码或一QR图码以获取相关信息。

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