CN215162721U - 温控系统及基因扩增设备 - Google Patents

Abstract

一种温控系统及基因扩增设备。温控系统包括定位板、承载座以及加热器，承载座位于定位板上方，且具有开口，开口配置以容纳试管，加热器设置于定位板，且配置以非传导的方式加热位于开口的试管。本实用新型提供的以非传导的方式加热试管的温控系统及基因扩增设备，藉由特定波长的照射，可集中地对试管内的待测液进行加热，故可提升加热效率且减少能源的损耗；换言之，可减少承载座及所承载的试管在加热期间所上升的温度，由于总吸收的热量减少，故所需散热的热量亦会减少，如此一来，可缩小冷却系统所需的空间，进而可缩小整体设备的体积，达到降低产品成本的效果。

Description

温控系统及基因扩增设备

技术领域

本实用新型涉及一种温控系统及基因扩增设备，尤其涉及一种以非传导的方式加热试管的温控系统及基因扩增设备。

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。

然而，现有聚合酶连锁反应的加热与冷却循环需要大量的电能来进行加热。相对地，也需要很大的冷却系统来进行散热，使得整体设备体积十分庞大。此外，现有聚合酶连锁反应的加热与冷却循环，都要经过大面积的温度传递介质，使得加热或冷却效率难以提升，因此，现有的基因扩增设备并非在各方面皆令人满意，仍有需要改善的空间。

因此，需要提供一种温控系统以及包括该温控系统的基因扩增设备来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种温控系统，该温控系统包括：定位板、承载座以及加热器。承载座位于定位板上方，且具有开口。开口是配置以容纳试管。加热器设置于定位板，且配置以非传导的方式加热位于开口的试管。

本实用新型实施例提供一种基因扩增设备，适于对至少一样本进行基因扩增，该基因扩增设备包括：机壳、温控系统以及光学系统。机壳具有腔室。温控系统包括：定位板、承载座、以及加热器。承载座位于定位板上方，且具有开口。开口是配置以容纳试管。加热器设置于定位板，且配置以非传导的方式加热位于开口的试管。光学系统是配置以照射位于开口的试管。

本实用新型实施例还提供一种基因扩增设备，适于对至少一样本进行基因扩增，该基因扩增设备包括：温控系统以及光学系统。温控系统包括：定位板、承载座、以及加热器。承载座位于定位板上方，且具有开口。开口是配置以容纳试管。加热器设置于定位板，且配置以非传导的方式加热位于开口的试管。光学系统是配置以照射位于开口的试管。

本实用新型实施例提供一种以非传导的方式加热试管的温控系统及基因扩增设备。藉由特定波长的照射，可集中地对试管内的待测液进行加热，故可提升加热效率且减少能源的损耗。换言之，可减少承载座及所承载的试管在加热期间所上升的温度。由于总吸收的热量减少，故所需散热的热量亦会减少。如此一来，可缩小冷却系统所需的空间，进而可缩小整体设备的体积，达到降低产品成本的效果。

附图说明

根据以下的详细说明并配合所附附图以更好地了解本实用新型实施例的概念。应注意的是，根据本领域的标准惯例，附图中的各种特征未必按照比例绘制。事实上，可能任意地放大或缩小各种特征的尺寸，以做清楚的说明。在通篇说明书及附图中以相似的标号标示相似的特征。

图1显示根据本实用新型一实施例的基因扩增设备的组合图。

图2显示根据本实用新型一实施例的基因扩增设备的分解图。

图3显示根据本实用新型一实施例的温控系统的剖视图。

图4显示根据本实用新型一实施例的基因扩增设备的立体图。

图5A至图5D显示根据本实用新型一些实施例的加热器和试管的示意图。

图6显示根据本实用新型一实施例的夹持件和固定件的局部放大图。

图7显示根据本实用新型一实施例的加热器和试管的示意图。

主要组件符号说明：

A 基因扩增设备

C 中心轴

L 待测液

O 光学系统

T 温控系统

R 腔室

S 试管

X、Y、Z 方向

110 承载座

112 开口

114 气孔

120 盖体

130、135 加热器

131 第一段部

132 第二段部

140 定位板

141 第一表面

142 第二表面

146 夹持件

147 固定件

150 通风装置

160 冷却装置

具体实施方式

图1显示本实用新型实施例的基因扩增设备的组合图，图2显示根据本实用新型实施例的基因扩增设备的分解图，搭配参照图1以及图2，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以及光学系统O，温控系统T对含有荧光试剂的试管S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约94℃的变性作用(Denaturation)、降温至约50℃～约60℃的退火作用(Annealing)、以及再升温至约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。此外，可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。

在本实用新型的一实施例中，光学系统O具有至少一光学装置，每一光学装置可包括一激发滤镜(Excitation filter)、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。应理解的是，以上仅是示范性地说明光学系统O操作的方式，并非意图限制本实用新型的范围。

再参照图1及图2，在一实施例中，本实用新型实施例的基因扩增设备A，适于对至少一样本进行基因扩增。基因扩增设备A包括机壳、温控系统T以及光学系统O。机壳内部具有一腔室R，温控系统T设置于腔室R中。温控系统T包括：定位板140、承载座 110以及加热器130。承载座110位于定位板140上方，且具有用以容纳试管S的开口112。加热器130设置于定位板140上，且以非传导的方式加热位于开口112中的试管S。光学系统O则配置以照射位于开口112中的试管S。在一实施例中，基因扩增设备A的中心轴C会通过温控系统T的中央，但本实用新型并不限于此。

再参照图2，在一实施例中，温控系统T包括承载座110、盖体120、加热器130、定位板140、通风装置150和冷却装置160。在一实施例中，承载座110和加热器130位于定位板140上方。换言之，定位板140是配置以支撑承载座110和加热器130。盖体120 位于承载座110上方。通风装置150和冷却装置160则位于机壳的腔室R中。本实用新型实施例的温控系统T可利用加热器130来加热试管S，且可通过通风装置150和冷却装置 160来进行冷却以达到快速升降温。承载座110具有开口112和位于开口112周围的气孔 114，试管S放置于承载座110对应的开口112中。举例而言，试管S的材料可包括塑胶 (例如聚丙烯等)、玻璃或任何其他适合的材料。此外，承载座110的材料可包括工程塑胶、木料、环氧树脂、橡胶或任何其他适合的绝缘、耐热材料。

盖体120枢接于承载座110，在承载座110装有试管S时，阖上盖体120能抵顶试管 S使得试管S能够稳固地设置于承载座110上，藉此可避免试管S倾斜而影响分析结果。此外，盖体120亦可包括过滤元件，过滤被引导至通风装置150且用于冷却的气体。如此一来，可避免外界的杂质或异物进入温控系统T内部，而影响到温控系统T的运作。

加热器130可通过非传导的方式加热承载座110上的试管S。举例来说，加热器130可以是红外线灯管。更具体而言，加热器130可发出红外光或任何其他的辐射，来加热试管S内的待测液L(如图3所示)。在一实施例中，加热器130和试管S之间未设有任何元件，使得加热器130所发出的红外光能够到达试管S。举例来说，加热器130所发出的红外光波长可介于约2.8μm至约3.0μm之间，但本实用新型并不限于此。应说明的是，试管S需具有一定的透明度，才得以使红外光能够到达试管S。若试管S的透明度越高，则红外光加热待测液L的效率越好。

本实用新型所属技术领域中的普通技术人员应理解的是，可针对目标待测液L来选择加热器130所发出的波长，以有效地加热试管S内的待测液L。在一实施例中，藉由特定波长的照射，可集中地对待测液L进行加热，故可提升加热效率且减少能源的损耗。换言之，基于加热效率的提升，可减少承载座110及所承载的试管S在加热期间所上升的温度。由于总吸收的热量减少，故所需散热的热量亦会减少。如此一来，可缩小冷却系统所需的空间，进而可缩小整体设备的体积，达到降低产品成本的效果。

此外，定位板140具有第一表面141和大致垂直于第一表面141的第二表面142。举例而言，第一表面141可大致平行于X-Y平面，第二表面142可大致平行于Y-Z平面，但本实用新型并不限于此。加热器130可设置于第一表面141上且其一侧可延伸至第二表面142。通过此设计，可提供空间给加热器130及与其电性连接的缆线来设置，进而可有效利用内部空间以缩小整体设备的体积。

在一实施例中，基因扩增设备A的中心轴C会通过设置于机壳内部的腔室R中的通风装置150及冷却装置160。通风装置150可用以将气体引导至冷却装置160来进行冷却。举例而言，通风装置150可以是风扇装置，冷却装置160可以是热电制冷芯片(Thermoelectric Cooling Module,TEC)，但本实用新型并不限于此。另外，冷却装置还可包括散热鳍片。以下将配合图3更进一步说明温控系统T进行冷却的操作原理。

图3显示根据本实用新型一实施例的温控系统T的剖视图。在本实施例中，当温控系统T进行冷却时，可启动通风装置150，使气体通过盖体120的过滤元件而到达冷却装置160上方。接着，上述气体可与冷却装置160进行热交换，成为温度低于试管S和待测液 L的冷却气体，此冷却气体可流经试管S且与待测液L进行热交换，可使得待测液L的温度降低至所需的温度。流经试管S的冷却气体可由承载座110的气孔114排出，如此便完成一冷却循环。在一实施例中，气孔114的出口可远离开口112及试管S，藉以降低所排出的气体对试管S的影响。

图4显示根据本实用新型一实施例的温控系统T的立体图。应注意的是，为了清楚说明加热器130和试管S的关系，在本实施例中未绘示出承载座110。如图4所示，加热器 130可设置于试管S的周围。在本实施例中，加热器130可设置于试管S的外侧，并藉由夹持件146而固定。参照图4，加热器130包括第一段部131以及第二段部132，第一段部131及第二段部132相连接。在本实施例中，第一段部131可发出红外光或任何其他的辐射，来加热试管S内的待测液L。第二段部132则不会发出任何形式的辐射，亦即第二段部132并不会加热试管S内的待测液L。在一些实施例中，第一段部131可设置于定位板140的第一表面141上。第二段部132则主要设置于定位板140的第二表面142上，且在定位板140的一侧连接至第一段部131。

由于第二段部132并不会用于加热试管S，故试管S是对应于第一段部131设置，也就是说，在第一段部131及第二段部132连接处少部分的区域不会设置有任何的试管S(及与试管S对应的开口112)。换言之，开口112在承载座110的一侧(连接处)的分布密度会小于开口112在承载座110的其他区域的分布密度。应注意的是，本实施例中第一段部131及第二段部132的配置仅作为范例，本实用新型所属技术领域中的普通技术人员可根据需求任意配置加热器130的第一段部131及第二段部132。在一些实施例中，承载座 110的开口112彼此可具有不一致的间距。

图5A至图5D显示根据本实用新型一些实施例的加热器130和试管S的示意图。应注意的是，为了清楚说明加热器130和试管S之间的相对位置关系，在本实施例中并未绘示温控系统T的其他部分。如图5A所示，试管S可位于加热器130的上方。如图5B所示，试管S可位于加热器130的外侧。如图5C所示，可在加热器130的内部、上方和外侧皆设有试管S，以充分利用加热器130所发出的热辐射。如图5D所示，可设置两个加热器130，而将试管S设置于两个加热器130之间，藉以更快速地加热试管S内的待测液 L。应理解的是，上述加热器130和试管S的配置仅作为范例，本实用新型所属技术领域中的普通技术人员亦可采用其他配置，只要加热器130所发出的热辐射能够到达试管S即可。在一些实施例中，加热器130可具有例如直线形、三角形、矩形、多边形等任何其他适合的形状。

图6显示根据本实用新型一实施例的夹持件146和固定件147的局部放大图。如图6所示，温控系统T可包括夹持件146，夹持件146具有对应于加热器130的环形结构，以将加热器130夹持于定位板140上。在一些实施例中，夹持件146可以是具弹性的弹簧结构，藉此可更容易地拆卸或安装加热器130。温控系统T还可包括固定件147，藉由固定件147将夹持件146固定于定位板140上。在一些实施例中，固定件147可将夹持件146 固定于第一表面141上和/或第二表面142上。

图7显示根据本实用新型一实施例的加热器135和试管S的示意图。如图7所示，可在承载座110内设置有加热器135，分别对应于每一个试管S，由内往外通过非传导的方式加热承载座110上的试管S。举例而言，加热器135可以是红外光发光二极管(Light EmittingDiode，LED)。由于将加热器135设置在承载座110内，故可更进一步缩小基因扩增设备A的体积。此外，藉由此设计，可个别控制对应不同试管S的加热器135，可更精准地控制每一个试管S的温度。

综上所述，本实用新型实施例提供一种以非传导的方式加热试管的温控系统及基因扩增设备。藉由特定波长的照射，可集中地对试管内的待测液进行加热，故可提升加热效率且减少能源的损耗。换言之，可减少承载座及所承载的试管在加热期间所上升的温度。由于总吸收的热量减少，故所需散热的热量亦会减少。如此一来，可缩小冷却系统所需的空间，进而可缩小整体设备的体积，达到降低产品成本的效果。

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的范围所界定者为准。

Claims (16)

1.一种温控系统，其特征在于，该温控系统包括：

一定位板；

一承载座，该承载座位于该定位板上方，该承载座具有一开口，该开口用以容纳一试管；以及

一加热器，该加热器设置于该定位板，该加热器以非传导的方式加热位于该开口的该试管。

2.如权利要求1所述的温控系统，其特征在于，该加热器发出波长介于2.8μm至3.0μm之间的红外光以加热该试管。

3.如权利要求1所述的温控系统，其特征在于，该温控系统还包括一通风装置以及一冷却装置，该通风装置以及该冷却装置位于该定位板下方，当该通风装置启动时，该通风装置导引一气体至该冷却装置再吹向该试管，以冷却该试管。

4.如权利要求1所述的温控系统，其特征在于，该定位板具有一第一表面以及一第二表面，该第一表面大致垂直于该第二表面，该加热器包括一第一段部以及一第二段部，该第一段部设置于该第一表面，该第二段部设置于该第二表面，该第一段部及该第二段部相连接。

5.如权利要求4所述的温控系统，其特征在于，该承载座具有多个开口，该承载座上邻近该第一段部及该第二段部相连接的一侧的该等开口的分布密度小于该承载座上其他区域的该等开口的分布密度。

6.如权利要求1所述的温控系统，其特征在于，该温控系统还包括一夹持件以及一固定件，该夹持件夹持该加热器，该固定件将该夹持件固定于该定位板。

7.如权利要求1所述的温控系统，其特征在于，该承载座还具有多个气孔，该等气孔位于该开口周围。

8.如权利要求1所述的温控系统，其特征在于，该加热器包括一红外线灯管。

9.一种基因扩增设备，该基因扩增设备适于对至少一样本进行基因扩增，其特征在于，该基因扩增设备包括：

一机壳，该机壳具有一腔室；

一温控系统，该温控系统包括：

一定位板；

一承载座，该承载座位于该定位板上方，该承载座具有一开口，该开口用以容纳一试管；以及

一加热器，该加热器设置于该定位板，以非传导的方式加热位于该开口的该试管；以及

一光学系统，该光学系统配置以照射位于该开口的该试管。

10.如权利要求9所述的基因扩增设备，其特征在于，该加热器发出波长介于2.8μm至3.0μm之间的红外光以加热该试管。

11.如权利要求9所述的基因扩增设备，其特征在于，该温控系统还包括一通风装置以及一冷却装置，该通风装置以及该冷却装置位于该定位板下方，当该通风装置启动时，该通风装置导引一气体至该冷却装置再吹向该试管，以冷却该试管。

12.如权利要求9所述的基因扩增设备，其特征在于，该定位板具有一第一表面以及一第二表面，该第一表面大致垂直于该第二表面，该加热器包括一第一段部以及一第二段部，该第一段部设置于该第一表面，该第二段部设置于该第二表面，该第一段部及该第二段部相连接。

13.如权利要求12所述的基因扩增设备，其特征在于，该承载座具有多个开口，该承载座上邻近该第一段部及该第二段部相连接的一侧的该等开口的分布密度小于该承载座上其他区域的该等开口的分布密度。

14.如权利要求9所述的基因扩增设备，其特征在于，该温控系统还包括一夹持件以及一固定件，该夹持件夹持该加热器，该固定件将该夹持件固定于该定位板。

15.如权利要求9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盖体，该盖体枢接于该承载座，用以抵顶该试管。

16.如权利要求9所述的基因扩增设备，其特征在于，该加热器包括一红外线灯管。

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