TW201928045A - 一種熱對流式聚合酶鏈式反應裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種利用透明導電薄膜取代傳統加熱金屬塊作為供熱裝置之 聚合酶鏈式反應裝置，利用試劑容器底部接觸透明導電薄膜進行升溫的特性建立一熱對流循環，啟動並進行聚合酶鏈式反應的裝置。本發明更可以透過加入專一性探針、螢光物質、光源、以及光訊號接受器來進行聚合酶鏈式反應產物的定量。

Description

一種熱對流式聚合酶鏈式反應裝置

本發明涉及一種聚合酶鏈式反應的裝置。更具體的，本發明涉及一種以試劑容器底部加熱頂部散熱之熱對流，於試劑容器內建立一自下而上的溫度梯度，啟動並進行聚合酶鏈式反應的裝置。

聚合酶鏈式反應(Polymerase Chain Reaction, 以下簡稱PCR)為一種快速放大DNA訊號的技術，其原理及主要操作步驟為(a)變性(denature): 利用高溫（90~95℃）將雙股DNA解離成單股DNA，再以單股DNA作為複製的模板；(b)引子黏合(primer annealing): 溫度降低到適當溫度時，引子會黏附到正確的目標基因位置；(c)引子延長(primer extension): 反應溫度修正到72℃，DNA聚合酶將脱氧核糖核苷三磷酸（deoxy-ribonucleotide triphosphate, 以下簡稱dNTPs）逐次黏附於引子之後，合成另一股新DNA 片段。

透過變性-引子黏合-引子延長三個步驟不斷重複進行核酸訊號放大，每重複一次三個步驟的操作，目標基因的數目就可擴增一倍，若設定三個步驟操作共進行40次循環，目標基因的數量就可以放大近10⁹ 倍，PCR可體外大量獲得目標基因片段，因此做為目前臨床診斷大量使用之分子診斷技術之一，可應用於包含遺傳疾病診斷、病原菌診斷、腫瘤癌症之診斷預後評估、以及基礎研究等項目。同理，由PCR技術衍生而來的RT-PCR也具有相類似之應用原理，因此同樣作為目前被臨床診斷大量運用之技術。

目前常被使用來進行PCR或RT-PCR反應裝置多半以溫控金屬可加熱及冷卻的特性，用來進行反覆升溫降溫之操作，以達到PCR三個步驟之反應溫度，透過加熱塑料製成之試劑容器傳遞熱量至試管內的試劑以及反應物(其內包含目標基因之片段)，來達成目標基因訊號放大的效果。但此種利用溫控金屬反覆升降溫的機台一般而言體積較大，此係為求有效溫控，整個溫控系統必須具有較大的體積及熱容比，且依照目前機台之設計，多數時間用於等待溫控金屬之升溫或降溫至反應溫度，如以一般試驗所需的循環次數約為30-35次左右，則利用傳統機台所需反應時間約介於二至三個小時間，造成反應時間較難縮減，也因此無法應用於需要在極短時間得知結果之試驗。

為了改良傳統PCR機台的問題，研究人員開發將微流體晶片應用於PCR之技術。微流體晶片的特點是將檢測程序中所需利用的種種元件，如混合反應槽、加熱反應槽、分離管道，與偵測槽等，以特殊加工技術於玻璃、塑膠、或是矽膠類材料上蝕刻出微米等級的反應管道及分析元件，再藉由外加電壓所產生的電滲流，或利用微型幫浦或離心力的方式，驅動待測物或指定試劑在各元件間相連的微管道中移動，以完成檢測；若是試劑中有添加螢光物質或具有專一性之探針，亦可於晶片中加入偵測螢光的機構以利進行目標基因定量，此種一體成型的多功能晶片，也稱之為「實驗室平台晶片」（lab-on-a-chip）。由於所有分析均在微米管道中進行，因此不僅只需極少量之試劑及反應物即可完成檢驗，也因系統熱傳導效率相較於傳統機台高出許多，使得分析時間也可相對縮短。目前已開發的PCR生物晶片包含了微溫度感測器、微加熱器及微控制器。由於感測器及加熱器都整合在PCR晶片的內部，晶片得以快速且準確執行溫度的循環控制，其溫度控制是三個溫度，分別是變性(約90~95℃）、引子黏合(50~65℃) 、以及引子延長(72℃)三個不同的溫度區間，並視測試需求決定循環次數。此種微流體晶片之技術與傳統PCR技術相較，其優點在於因微流體晶片減少試劑或反應物的體積以及整體熱容比，因此可減少反應時間以及試劑的消耗，但由於此技術仍需要反覆在三個不同溫度區間升降溫，因此仍存在有升降溫時間過長的問題。另一種已開發的微流體晶片則排除加熱器反覆升降溫的設定，此系統係利用特殊設計之推動力對流道內之反應物及試劑加壓，使反應物及試劑在特殊加工設計的流道中，反覆流經三個不同的溫度區間，而完成目標基因放大之效果。利用此種技術進行PCR雖可以排除因升降溫造成之時間耗費，但由於此種技術的系統需要包含複雜的加壓系統及液體驅動系統，且液體驅動系統又與液體的體積極黏度息息相關，造成系統及儀器製作及調控上的困難，因此也間接地限制了此種技術的發展。

研究人員亦開發另一種利用熱對流循環在不同位置達到不同溫度藉此使內部試劑及反應物得以進行PCR的技術來解決傳統PCR機台高電容比及高耗時的問題。此種技術係利用一高溫一低溫的熱源，對一封閉式且內含試劑及反應物之試管上下端進行加熱，透過上下端溫差進驅動試管內的液體流經不同的溫度區間以進行PCR反應。此種技術雖然克服了加熱器因反覆升降溫而造成之時間耗損，亦不需要透過外部加壓的方式來驅動試管內之液體流動循環，但此種雙熱源加熱之技術為排除外界溫度之干擾，兩個熱源需要有個別的溫控系統(包含溫度感測器)，亦需處理調控二者溫度差異以利形成引子黏合所需之反應溫度，因此在溫度調節部分產生相當複雜的調控機制，兼以加熱器多半為塊狀金屬，因此機台的體積因無法降低熱容比而無法縮小，且其複雜之溫控機制及金屬加熱系統亦使製造費用居高不下。鑒於上述問題，本發明揭露一種可以解決前述機台體積過大、或反覆升降溫造成時間耗損問題的聚合酶鏈鏈式反應裝置。

本發明係涉及一種熱對流式聚合酶鏈式反應的裝置。此裝置係利用透明導電物質(Transparent conductive material)塗布之玻璃，或稱透明導電薄膜(Transparent conductive thin film)作為加熱裝置，並於其上設有溫度感測器用以偵測加熱裝置之溫度。裝置啟動後，將添加有反應物及試劑之試劑容器底部與加熱裝置接觸，熱源經由透明導電薄膜由試劑容器底部傳導至試劑容器中，試劑容器內較靠近底部接觸部位的液體首先開始加熱，並透過試劑及反應物之對流逐漸將熱量傳遞至較遠離接觸部位的液體，越遠離接觸部位的試劑及反應物，其溫度會越低，透過不斷的熱對流循環，試劑容器內部之試劑及反應物將呈現一連續性溫度梯度分布的情形。當較靠近接觸部位的反應物及試劑加熱至95˚C時，該部位之反應物及試劑即開始進行變性(denature)的步驟，藉由試劑容器內部之熱對流循環達到進行引子黏合(primer annealing) 以及引子延長(primer extension)的溫度，因此此二步驟亦隨之循環進行，透過此裝置即可達到PCR的效果。

為了確保試劑容器內的溫度循環可以順利進行PCR而不受外界氣溫的影響，本發明包含一個用於容納試劑容器的容置空間，且該容置空間分為上下半部。上半部之容置空間可與外部空間聯通，並包含有可調控式之風扇、加熱線圈，以及通風口，此設置係為將容置空間上半部之溫度維持在一定溫度區間內，以利反應順利進行；反之，若一儀器未設置此種上部容置空間，而任由試劑容器之頂部暴露於開放環境中，則必然面臨環境溫度不同和空氣流動，此將造成試劑容器頂部溫度之不同，進而影響試劑與反應物之熱對流溫度，而導致PCR無法順利進行之結果。容置空間的下半部除可容納試劑容器置放之開口外，並未有其他與外界連通之開口，因此，當試劑容器置放完成後，此容置空間的下半部區域即成為一個密閉空間，該段位於容置空間的試劑容器就不會暴露於外界溫度和氣流等之不穩定環境中，當裝置運作時，位於下半部之試劑容器熱循環就不會受到外界溫度和氣流之變異而影響其內之反應進行，亦可確保此段試劑容器內試劑及反應物之溫度循環穩定性。

換句話說，為排除因場域不同造成外部環境溫度不同，對於本裝置熱循環效能帶來的影響間接造成PCR反應之成敗，且又有足夠溫差形成試劑容器內部熱循環，本發明進一步對於容置空間上下半部之溫度區間加以設定。本發明對於容置空間上半部之溫度設定界於25℃至38℃之間，當容置空間上半部之溫度高於設定溫度時，即透過風扇及通風口的協助進行散熱；反之當該溫度低於設定溫度時，即透過加熱線圈進行加熱，使上半部容置空間之溫度恢復至設定溫度。本發明對於容置空間下半部之溫度則透過設定透明導電薄膜之加熱溫度界於95℃至160℃之間，來進行對於容置空間下半部之溫度管控。

若是反應試劑中有加入螢光物質或專一性之探針，本發明亦可加入光源及搭配光訊號接收器(light receiver)來偵測產生之螢光，進而針對反應物進行定性、半定量、或者定量。本發明可應用之光源包含有LED燈、雷射燈、或其他光波長與螢光物質或專一性探針波長相符之光源等，而可應用之光訊號接收器則包含有光電二極體(Photodiode)、光電倍增管(Photomultiplier)、感光耦合元件(Charge Couple Device, CCD)與互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)等。當PCR產物生成時，利用具有特定波長之光源激發螢光物質或專一性探針產生特定波長之螢光，並利用光訊號接收器接產生之螢光訊號，如此配置則可使本發明應用於定性、半定量、或者定量PCR產物之濃度。若反應試劑中包含兩種以上之螢光物質或專一性探針，則可透過擴充光訊號接收器及光源之數量，達到同時偵測兩種以上螢光訊號的效果。

在本發明中，光源與光訊號接收器的相對位置並無固定，光源若由試劑容器側邊激發螢光物質或單一性探針，則光訊號接收器可設置於試劑容器底部、頂部或其他可排除光源干擾之位置來接收產生之螢光訊號；反之，光源若由試劑容器底部激發螢光物質或單一性探針，則光訊號接收器可設置於試劑容器側邊、頂部或其他可排除光源干擾之位置來接收產生之螢光訊號。在下述本發明之一較佳實施例中，光源與光探測元件分別位於試劑容器底部以及試劑容器側邊，二者之相對位置為垂直或接近垂直之角度，此設置乃為避免光訊號接收器所接收之訊號並非試劑容器內產生之螢光，而係試劑容器反射光源之訊號，進而影響檢測準確性所致。

本發明亦包含溫度調控裝置，包含有透明導電薄膜、溫度感測器、溫度調控器、導電泡棉、及接點（在後述實施例中，即為導熱貼片）。透明導電薄膜不僅具有導電性，同時具有透光性，主要應用於平板顯示器和建築兩大領域。透明導電薄膜主要可分為金屬薄膜與金屬氧化物薄膜，其中，金屬氧化物薄膜導電性相當優良，接上電源後即可立刻開始進行加熱，並在極短時間內就可加溫至預設溫度，不但具有傳統加熱金屬可快速加熱之優點，且無傳統加熱金屬體積過大之缺點；同時，透明導電薄膜亦具有高度透明性，因此應用層面廣泛。一般而言，透明導電物質多為氧化錫、氧化銦、氧化鋅、或氧化銦錫等物質，本發明亦採用前述幾類物質用來塗布玻璃。此外，若光源係使用多波長光源，如LED，此時，亦可在塗布有透明導電物質的另一側施用(噴塗、蒸鍍、濺鍍等)過濾非專一性光源之短波通濾光物質，將無法激發螢光物質或專一性探針之光源濾掉，僅容許可激發螢光物質或專一性探針之光源通過透明導電薄膜及試劑容器並激發其內之螢光物質或專一性探針，如此可以使光訊號接收器所測得之光訊號確實為PCR產物之螢光訊號。

在本發明中，當內含反應物及試劑之試劑容器與已加熱之透明導電薄膜接觸時，接觸部位之液體隨即開始升溫，並透過熱對流的方式在試劑容器內進行熱循環，當透明導電薄膜之溫度已達設定溫度，則溫度感測器將偵測到此狀況，並降低或維持加熱器之熱源輸出，使透明導電薄膜不會再繼續升溫而維持在適當的反應溫度；反之，若透明導電薄膜的溫度已經低於設定溫度時，溫度感測器將會提高加熱器之熱源輸出，使透明導電薄膜升溫至預設的溫度以利PCR反應順利進行。當試劑容器內之PCR開始產生產物，光源亦可穿透透明導電薄膜激發產物產生螢光並被光訊號接收器偵測。另外，接點則是應用於輸送電源供應器傳遞之電流，且接點之位置與透明導電薄膜位於同一側。

本發明包含一光源調控裝置，用於調節光源啟動或關閉，以利進行螢光激發。本發明亦包含一個或一個以上的處理器，用於協調處理溫度調控裝置及光源調控裝置；此外該處理器亦可用於接收一種或一種以上經由光訊號接收器傳送之螢光訊號，並透過處理器之內建程式分析判斷訊號之強度及種類，透過程式運算可得一種或一種以上目標基因之濃度，或目標基因是否確實存在於該反應物中。

本發明揭露之裝置利用透明導電薄膜而非傳統加熱器縮小整體裝置之體積，又透過試劑容器內液體熱對流的方式達到PCR反應溫度而省去加熱器反覆升降溫的過程而得以節省整體反應時間，並透過上下層容置空間分別進行溫度調控的機制，並且可在短時間內達到目標基因定性及定量的效果。

為了達成前述目的，依據本發明提供一個較佳實施例如後。

以下即配合附圖詳細說明本發明之一較佳實施例的結構及功效。另外，本說明書中對於機構或其部位在其位置描述上冠以「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」等，對應於使用者在操作本較佳實施例時的空間關係。

請參考第1圖，本發明一較佳實施例之熱對流式聚合酶鏈式反應裝置(1)組裝外觀及如圖所示。請參考第2圖、第3圖、及第4圖，本發明一較佳實施例裝置(1)包含一第一架體(10)、一第二架體(20)、一第三架體(70)、一第四架體(1010)、一底板(1030)、一上部容置空間(30-1)、一下部容置空間(30-2)。第一架體(10)具有第一穿孔(101)、一風扇(103)、通風孔(104)，其中第一穿孔(101)可供裝有試劑及反應物之試管(102)插入。請參考第5圖，第一架體(10)下表面則包含一加熱線圈(105)及一第一溫度感測器(106)，第一溫度感測器(106)用於感測上部容置空間(30-1)之溫度。前述加熱線圈(105)用於接受訊號並進行加熱以提高上部容置空間之溫度，反之，前述風扇(103)與四通風孔(104)則用於散熱以降低上部容置空間之溫度。

請參考第2圖及第3圖，第二架體(20)具有第二穿孔(201)以及一夾持凹槽(202)，第二穿孔(201)可供前述試管(102)插入並將試管(102)固定於夾持凹槽(202)之上方，夾持凹槽(202)亦可用於容置一透明導電薄膜(50)。透明導電薄膜(50)未與前述試管(102)接觸那一面包含有一導熱貼片(602)。第三架體(70)位於第一架體(10)與第二架體(20)之間，且與第一架體(10)與第二架體(20)大約平行，第三架體(70)包含有第三穿孔(701)。第一架體(10)與第三架體(70)間存有一沒有內部隔間的上部容置空間(30-1)，第三架體(70)與第二架體(20)間則存有一有內部隔間的下部容置空間(30-2)，下部容置空間(30-2) 內部以板材隔間，且其(30-2)數量與一次可置放的試管(102)數量相同。此外，第一穿孔(101)、第二穿孔(201)、與第三穿孔(701)的數量亦與一次可置放的試管(102)數量相同。

試管(102)放置時，將依序穿過第一穿孔(101)、第三穿孔(701)、與第二穿孔(201)，試管(102)尾端則與透明導電薄膜(50)之上平面(501)接觸而固定，則此時上部容置空間(30-1)會成為一半開放空間，而下部容置空間(30-2)即成為一密閉空間，置於其內的該段試管(102)就不會暴露於空氣中。

請參考第2圖，在此實施例中，光訊號接收器為光電二極體，本實施例包含兩組光電二極體(401)(402)，可分別可偵測不同波長之螢光，兩組光電二極體(401)(402)分別位於試管(102)之側邊，並約略與試管(102)呈現垂直狀態，此乃為確保接收到的光電訊號並非試管(102)反射之訊號。

請參考第2圖，本發明尚包含一第四架體(1010)、一電源供應器(1020)、一底板(1030)、一光源(80)、一第一光源調節器(90-1)、一第一溫度感測器(90-2)、一第二溫度感測器(90-3)、一處理器(100)，以及一由一玻璃裝置(50)、一接點組成之玻璃裝置，在本實施例中，接點為一導熱貼片(602)。第四架體(1010)約略與第二架體(20)大約平行，透過一固定於其上之導電泡棉(601)與透明導電薄膜(502)接觸。玻璃裝置(50)上平面，亦即其與試管(102)接觸的一面，塗布有短波通濾光物質用以過濾隔離光源(80)中非專一性之波長，此係為增進激發螢光物質或專一性探針之效能。玻璃裝置(50)下平面則為一透明導電薄膜(502)，透明導電薄膜(502)係利用氧化銦錫塗布於與透明玻璃之一側。此外，玻璃裝置(50)之形狀與體積約略等同於可容置其之夾持凹槽(202)。

導電泡棉(601)固定於第四架體(1010)上靠近夾持凹槽(202)處，且當本裝置(1)開始運作時，第四架體(1010)與第二架體(20)即緊密貼合。導電泡棉(601)用於將接收到之電能傳遞至透明導電薄膜(502)上，使透明導電薄膜(502)開始加熱。第四架體(1010)未與透明導電薄膜(502)接觸的一側則包含有一第二溫度感測器(603)，用於感測透明導電薄膜(502)之溫度。前述導熱貼片(602)用於將透明導電薄膜(502)開始被加熱時，將其上之熱能傳導至前述第二溫度感測器(603)，使該第二溫度感測器可以量測透明導電薄膜(502)之溫度。

底板(1030)用於提供光源(80)、光源調控器(90-1)、第一溫度調控器(90-2)、第二溫度調控器(90-3)處理器(100)、及電源供應器(1020)固定使用。光源(80)用於提供激發螢光物質或專一性探針所需之光線，在本實施例中，利用LED燈作為激發光源(80)，且光源(80)開關或強弱則受光源調節器(90-1)之調控。電源供應器(1020)與處理器(100)亦固定於底板(1030)上，處理器(100)用於接收光源調控器(90-1)，亦接收第一溫度感測器(106)、第二溫度感測器(603)之訊號，加以分析後再調控第一溫度調控器(90-2)與第二溫度調控器(90-3)分別進行溫度控制，同時處理器(100)亦可接收兩組光電二極體(401)(402)測得之訊號，並針對此訊號進行分析，電源供應器(1020)則用於提供本裝置(1)所需之電源。

當裝置(1)開始運作時，將裝有試劑及反應物之試管(102)置入第一架體(10)之第一穿孔(101)中，並依序穿過第三架體(70)之第三穿孔(701)及第二架體(20)之第二穿孔(201)並將試管(102)底部碰觸到玻璃裝置(50)之玻璃裝置上平面(501)，此時，試管(102)內之液面高度約略與下部容置空間(30-2)等高，且此時下部容置空間(30-2)變成一完全封閉空間，而上部容置空間(30-1)則為一半開放空間，同時第一溫度感測器(106)開始量測上部容置空間(30-1)之溫度並回報給處理器(100)昨為環境溫度之監控。

電源供應器(1020)透過導電泡棉(601)傳遞電流給透明導電薄膜(502)並開始加熱，並透過導熱貼片(602)將透明導電薄膜(502)的溫度傳遞給第二溫度感測器(603)，第二溫度感測器(603)再將測得之溫度回饋給處理器(100)。在本實施例中，反應進行時，透明導電薄膜(502)加熱之溫度設定於125℃，因此，若第二溫度感測器(603)測得之溫度低於設定溫度時，此時處理器(100)會通知第二溫度調控器(90-3)開始進行升溫，當透明導電薄膜(502)溫度升溫至指定溫度時，處理器(100)停止升溫。反之，若第二溫度感測器(603)測得之溫度已高於設定溫度時，此時處理器(100)會通知第二溫度調控器(90-3)開始進行降溫，當透明導電薄膜(502)溫度降溫至指定溫度時，處理器(100)停止降溫。

透明導電薄膜(502)開始加熱後，試管(102)底部因與玻璃裝置上平面(501)接觸，熱量透過傳導之方式使試管(102)底部的試劑及反應物也一起加熱。加熱一段時間後，試管(102)內之試劑與反應物亦開始受熱並形成一熱對流循環，由於該試劑與反應物在試管(102)內之高度與下部容置空間(30-2)約略等高，且下部容置空間(30-2)在試管(102)置入裝置(1)後為一完全密閉空間，因此，此段試管(102)內部之熱循環就不會受到外界溫度之變異而影響其內之溫度。

試管(102)位於上部容置空間(30-1)的部分亦會因試管內反應物及試劑之熱對流而升溫，進而造成上部容置空間(30-1)的空氣溫度亦隨之提高，此時，第一溫度感測器(106)偵測上部容置空間(30-1)的溫度後，再將測得之溫度回饋給處理器(100)，在本實施例中，設定上部容置空間(30-1)之溫度應保持於於28℃，因此，若反應進行中，第一溫度感測器(106)測得之溫度低於設定溫度時，此時處理器(100)會通知第一溫度調控器(90-2)啟動加熱線圈(105)開始進行升溫，當上部容置空間(30-1)溫度升溫至指定溫度區間時，處理器(100)停止加熱線圈(105)升溫。反之，若第一溫度感測器(106)測得之溫度已高於設定溫度時，此時處理器(100)會通知第一溫度調控器(90-2)開始進行降溫，並同時啟動風扇(103)透過通風口(104)進行降溫，當降溫至指定溫度時，處理器(100)停止風扇(103)降溫。

當試管(102)內部熱循環的溫度達到PCR三個反應溫度時，PCR反應隨即開始進行。PCR反應開始進行時，位於底板(1030)上的光源調控器(90-1)隨即打開光源(80)，光源(80)穿透透明導電薄膜(502)，非特定頻寬之光源(80)被玻璃裝置上平面(501)的短波通濾光物質過過濾，只留下特定頻寬光源(80)穿過短波通濾光物質並激發試管(102)內預先填裝之二種不同專一性之探針，當螢光產生後，隨即被第一光電二極體(401)及第二光電二極體(402)分別測得，偵測到的訊號隨即被傳送至處理器(100)進行數據分析。當PCR反應結束後，處理器(100)會協調光源調控器(90-1)關閉光源(80)，亦會協調電源供應器(1020)停止供應電源至導熱貼片(60)，此時透明導電薄膜(502)就不會再繼續升溫，處理器(100)會將所有從第一及第二光電二極體(401)(402)接收到的訊號進行數據分析並輸出分析結果。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1‧‧‧裝置

10‧‧‧第一架體

101‧‧‧第一穿孔

102‧‧‧試管

103‧‧‧風扇

104‧‧‧通風口

105‧‧‧加熱線圈

106‧‧‧第一溫度感測器

20‧‧‧第二架體

201‧‧‧第二穿孔

202‧‧‧夾持凹槽

30-1‧‧‧上部容置空間

30-2‧‧‧下部容置空間

401‧‧‧第一光電二極體

402‧‧‧第二光電二極體

50‧‧‧玻璃裝置

501‧‧‧玻璃裝置上平面

502‧‧‧透明導電薄膜

601‧‧‧導電泡棉

602‧‧‧導熱貼片

603‧‧‧第二溫度感測器

70‧‧‧第三架體

701‧‧‧第三穿孔

80‧‧‧光源

90-1‧‧‧光源調控器

90-2‧‧‧第一溫度調控器

90-3‧‧‧第二溫度調控器

100‧‧‧處理器

1010‧‧‧第四架體

1020‧‧‧電源供應器

1030‧‧‧底板

第1圖是本發明之裝置外觀圖。 第2圖為包含本發明架體、穿孔及試劑容器相對位置之示意圖。 第3圖為本發明之夾持空間側剖面示意圖。 第4圖為本裝置中第一架體上平面示意圖。 第5圖為本裝置中第一架體下平面示意圖。

Claims (18)

1. 一種透過一試劑容器以熱對流進行定量聚合酶鏈式反應的裝置，前述試劑容器裝載有一反應物及一試劑，且前述試劑可包含一螢光物質或一探針，前述裝置包含有: (1) 一第一架體，設於一水平面，且具有一第一穿孔，一風扇，與一通風口，前述第一架體具有一上表面及一下表面，且前述下表面更包含一加熱線圈及一第一溫度感測器； (2) 一第二架體，設於前述第一架體之下方，大致與前述水平面平行，前述第二架體具有一第二穿孔，前述第二架體具有一上表面及一下表面，且前述第二架體之下表面更包含一夾持凹槽，前述夾持凹槽大約與前述水平面平行，且前述第二穿孔與前述夾持凹槽連接； (3) 一玻璃裝置，設於前述夾持凹槽內，前述玻璃包含一上平面、一下平面及一接點，前述上平面或前述下平面具有一透明導電薄膜，前述玻璃之大小約與前述夾持凹槽相同並以前述上平面或前述下平面固定於前述夾持凹槽，前述接點設於塗布有透明導電薄膜之同一側； (4) 一電源供應裝置，前述電源供應裝置提供電源至前述接點，使前述玻璃裝置進行加熱； (5) 一光源，用於激發前述螢光物質或探針； (6) 一光訊號接收器，用於偵測及接收螢光訊號； (7) 一處理器，用於處理及調控系統；以及 (8) 一容置空間，設於前述第一架體及前述第二架體間，用於容置前述試劑容器，前述試劑容器穿過前述第一穿孔置入該容置空間，再穿越前述第二穿孔及前述夾持凹槽並與前述玻璃上平面接觸；其中 前述電源供應裝置供應電流至前述接點，使前述玻璃開始升溫，當前述玻璃升溫至指定溫度，此時聚合酶鏈式反應開始進行，則經前述光源激發後，前述螢光物質或前述探針放出特定波長之螢光並被前述光訊號接收器測得，並將結果回饋於前述處理器； 其中，前述第一溫度感測器若測得溫度已超過一指定溫度時，會將該測得環境溫度反饋給前述處理器，前述處理器則會啟動前述風扇進行降溫，當降溫至指定環境溫度時，前述第一溫度感測器會將該結果反饋給前述處理器，前述處理器則會停止前述風扇之運轉；若前述第一溫度感測器若測得環境溫度已低於一指定環境溫度範圍時，會將該測得環境溫度反饋給前述處理器，前述處理器則會啟動前述加熱線圈進行升溫，當升溫至指定環境溫度時，前述第一溫度感測器會將該結果反饋給前述處理器，前述處理器則會停止前述加熱線圈之運轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其可應用於即時定量聚合酶鏈式反應。
3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，前述光訊號接受器可為光電二極體、光電倍增管、感光耦合元件、或互補式金屬氧化物半導體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中前述光源為LED、或雷射燈。
5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中前述光訊號接收器與前述光源約略呈垂直角度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中更包含一第二溫度感測器，用於感測前述玻璃裝置之溫度，並將該測得之溫度反饋給前述處理器 。
7. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，前述光源位於前述第二穿孔垂直下方時，前述光訊號接收器位於前述容置空間並與前述光源約略垂直。
8. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，前述光源位於前述容置空間時，前述光訊號接收器位於前述第二穿孔下方並與前述光源約略垂直。
9. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，前述玻璃塗布透明導電薄膜之材料為氧化錫、氧化銦、氧化鋅、或氧化銦錫。
10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，前述玻璃另一側可塗布一短波通濾光物質，用以過濾非專一性之光源。
11. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，前述接點可為一導熱貼片。
12. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中試劑容器以大約垂直之角度穿過前述第一穿孔置入該容置空間，再穿越前述第二穿孔及前述夾持凹槽並與前述玻璃上平面接觸。
13. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中前述容置空間之數量與前述試劑容器數量相同，且任一前述容置空間之高度與前述試劑容器內裝載之試劑高度約略相同，其中前述容置空間於試劑容器進行聚合酶鏈式反應時，可隔絕外部溫度之干擾。
14. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中前述第一架體與第二架體之間，尚包含一個第三架體，設於前述第一架體與前述第二架體之間，大致與前述第一架體及前述第二架體平行，前述第三架體具有一第三穿孔。
15. 如申請專利範圍第13項所述之裝置，前述第三架體將前述容置空間區隔為一上部容置空間及一下部容置空間。
16. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中試劑容器以大約垂直之角度穿過前述第一穿孔置入該容置空間，再穿越前述第三穿孔及前述第二穿孔及前述夾持凹槽並與前述玻璃上平面接觸。
17. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其中前述下部容置空間之數量與前述試劑容器數量相同，且任一前述下部容置空間之高度與前述試劑容器內裝載之試劑高度約略相同，其中前述下部容置空間於試劑容器進行聚合酶鏈式反應時，可隔絕外部溫度之干擾。
18. 如前述申請專利範圍第17項所述之裝置，其中前述指定環境溫度之範圍為25℃至38℃，且前述電源供應裝置供應電流至前述接點，使前述玻璃開始升溫時，該指定溫度範圍為95℃至160℃。