TW202214866A - 加熱結構、檢測芯片、核酸檢測盒和核酸檢測設備 - Google Patents

加熱結構、檢測芯片、核酸檢測盒和核酸檢測設備 Download PDF

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Abstract

一種加熱結構，包括基板、加熱層、導熱層及感溫層；加熱層設於所述基板上，所述加熱層包括加熱區；導熱層設於基板遠離加熱層的一側，且導熱層與加熱區對應；感溫層設於加熱區上且與加熱層電性連接。其中，加熱層用於加熱導熱層，感溫層用於感測加熱區的溫度。本發明提供的加熱結構加熱溫度更均勻，熱損失更低，加熱效率更高，加熱溫度更準確。另，本發明還提供了檢測芯片、核酸檢測盒和核酸檢測設備。

Description

加熱結構、檢測芯片、核酸檢測盒和核酸檢測設備
本發明涉及一種加熱結構、檢測芯片、核酸檢測盒及核酸檢測設備。
目前針對分子診斷、形態學、免疫學等的檢測大多採用微流控的檢測芯片進行。其中檢測芯片包括用於承載檢測液的通道，檢測液在通道內進行核酸擴增反應，核酸擴增反應通常需要在加熱的條件下進行。
但，傳統的檢測芯片加熱不均勻，溫度控制精準度差。
有鑑於此，為克服上述缺陷的至少之一，有必要提供一種加熱結構。
另，本申請還提供了一種具有上述加熱結構的檢測芯片、核酸檢測盒及核酸检测设备。
本發明提供了一種加熱結構，該加熱結構包括：基板、加熱層、導熱層以及感溫層。加熱層設於所述基板上，所述加熱層包括加熱區。所述導熱層所述基板遠離所述加熱層的一側，且所述導熱層與所述加熱區對應。所述感溫層設於所述加熱區上且與所述加熱層電性連接。其中，所述加熱層用於加熱所述導熱層，所述感溫層用於感測所述加熱區的溫度。
本申請實施方式中，所述導熱層與所述基板之間設置有第一導熱膠層，所述導熱層遠離所述基板的一側設有第二導熱膠層。
本申請實施方式中，所述導熱層包括金屬層以及設置於所述金屬層相對兩表面的第一石墨層和第二石墨層，所述第一石墨層設於所述基板遠離所述加熱層的一側表面。
本申請實施方式中，所述金屬層的厚度為0.05mm-0.15mm，所述第一石墨層和所述第二石墨層的厚度均為0.02mm-0.03mm。
本申請實施方式中，所述金屬層與所述第一石墨層和所述第二石墨層之間均設有第三導熱膠層。
本申請實施方式中，所述第三導熱膠層的厚度為0.01mm-0.03mm。
本申請實施方式中，所述加熱區為多個，相鄰兩個所述加熱區相距設置，每一個所述加熱區均設有一個所述導熱層。
本發明還提供了一種檢測芯片，該檢測芯片包括：第一蓋板、第二蓋板、間隔層以及如上所述的加熱結構。所述間隔層相對的兩表面分別與所述第一蓋板和所述第二蓋板接觸，所述第一蓋板、所述間隔層以及所述第二蓋板圍設形成通道，所述通道用於承載檢測液。所述加熱結構設置於所述第一蓋板和/或所述第二蓋板遠離所述通道一側的表面，所述加熱結構用於加熱所述檢測液，以使所述檢測液進行核酸擴增反應。
本申請實施方式中，所述第一蓋板和所述第二蓋板遠離所述通道一側的表面均設有一個所述加熱結構，兩個所述加熱結構之間藉由一連接部電性連接。
本發明還提供一種核酸檢測盒，該核酸檢測盒包括：盒體、如上所述的檢測芯片以及連接器，所述檢測芯片設於所述盒體內，且與所述連接器電性連接。
本發明還提供一種核酸檢測設備，該設備包括：主機和如上所述的核酸檢測盒，所述主機包括一安裝槽，所述核酸檢測盒可拆卸設於所述安裝槽內。
相較於習知技術，本發明提供的加熱結構藉由在加熱層和感溫層之間增加導熱層，可以使加熱區的加熱溫度更均勻，藉由感溫層的設置能夠精確感應加熱區的溫度，便於加熱區的溫度控制；導熱層在金屬層兩表面貼石墨層，可以使加熱區的溫度更均勻，溫度變化不會過於劇烈，熱損失更低，加熱效率更高，加熱溫度更準確。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。
需要說明的是，當元件被稱為“固定於”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。當一個元件被認為是“設置於”另一個元件，它可以是直接設置在另一個元件上或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。
以下所描述的系統實施方式僅僅是示意性的，所述模組或電路的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數不排除複數。系統請求項中陳述的多個單元或裝置也可以由同一個單元或裝置藉由軟體或者硬體來實現。第一，第二等詞語用來表示名稱，而並不表示任何特定的順序。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語“及／或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
請參閱圖1至圖3所示，為本發明實施例提供的一種加熱結構100，該加熱結構100可應用於核酸擴增反應用的檢測芯片，檢測芯片中承載有包含核酸樣本的檢測液，該加熱結構100用於為檢測液進行加熱，使其發生擴增反應。該加熱結構100包括基板1、加熱層2、導熱層3以及感溫層4。該加熱層2設於該基板1上，該加熱層2包括加熱區21。該導熱層3設於該基板1遠離該加熱層2的一側，且所述導熱層3與所述加熱區21對應。該感溫層4設於該加熱區21上且與該加熱層2電性連接。其中，該加熱層2用於加熱該導熱層3，該感溫層4用於感應該加熱區21的溫度。
該基板1的材質為絕緣樹脂，具體地，基層11的材質可以選自環氧樹脂(epoxy resin)、聚苯醚(Polyphenylene Oxide，PPO)、聚醯亞胺（polyimide，PI）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Terephthalate，PET）以及聚萘二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Naphthalate，PEN）等樹脂中的一種。
本實施方式中，該基板1的材質可以是聚醯亞胺（polyimide，PI）或聚對苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Terephthalate，PET）。選擇PI膜或PET膜作為該基板1可以在滿足加熱結構100使用性能的同時極大降低加熱結構100的成本，進一步降低檢測芯片的成本。
請參閱圖2與圖3，該加熱層2還包括設於基板1上的加熱層線路22以及加熱電阻23，該加熱層線路22可以包括一個或多個加熱區21，每一個加熱區21內設有相應的加熱電阻23，具體加熱區21的數量可以根據實際需求設計。當加熱層線路22通電後，可以控制某個加熱區21內的加熱電阻23通電並產生熱量，實現加熱的目的。
本實施方式中，該加熱層線路22對應每一加熱區21設有電源電極221和接地電極222，其中，每個加熱區21對應的電源電極221和接地電極222分別設置於該加熱區21內的加熱電阻23相對的兩側，有利於整個加熱區21均勻加熱。
本實施方式中，加熱層2上設有多個加熱區21，相鄰兩個加熱區21相距設置，每一個加熱區21均設有一個導熱層3。多個加熱區21可獨立加熱且加熱溫度可以相互不同，因此可以實現核酸擴增過程中不同溫度段的擴增反應。相鄰兩個加熱區21之間存在一定間距，可以減少不同加熱區21之間的溫度干擾，便於每個加熱區21的精準控溫。
本實施方式中，該加熱層線路22可以採用平面印刷或3D印刷的方式形成於基板1上。可以理解的是，加熱層線路22也可以藉由傳統的壓膜、曝光、顯影、蝕刻、去膜等製程製作。
請參閱圖4，該導熱層3包括金屬層31以及設置於該金屬層31相對兩表面的第一石墨層32和第二石墨層33。該第一石墨層32朝向該加熱層2設置，即第一石墨層32設置於該基板1遠離加熱層2的表面。該第二石墨層33朝向需要加熱的應用設備設置。該導熱層3主要利用石墨水平方向均熱性佳及銅箔儲熱等優點，使加熱區21加熱更均勻、更穩定，避免溫度變化太劇烈。
本實施方式中，該第一石墨層32與該基板1之間設置有第一導熱膠層35，該第二石墨層33遠離基板1的一側設有第二導熱膠層36。即，導熱層3藉由第一導熱膠層35黏貼在基板1遠離加熱層2的一側表面，藉由第二導熱膠層36黏貼在應用設備的表面。
本實施方式中，該第一導熱膠層35和第二導熱膠層36的厚度均可以是0.1mm左右。具體地，可以選擇傳統導熱雙面膠作為該第一導熱膠層35或第二導熱膠層36。
本實施方式中，所述第一導熱膠層35的材質可以是丙烯酸類膠黏劑，所述第二導熱膠層36的材質可以是矽膠膠黏劑。
本實施方式中，該金屬層31的厚度為0.05mm-0.15mm，
本實施方式中，該金屬層31可以是銅箔。
本實施方式中，該第一石墨層32和該第二石墨層33的厚度均為0.02mm-0.03mm。由於石墨水平方向上的優良導熱性能，可以使導熱更均勻，熱損失更低，加熱效率更高。因此，藉由在該金屬層31的兩表面增加第一石墨層32和第二石墨層33，能夠起到均勻儲存熱量，從而使溫度變化不會過於劇烈，使加熱區21的熱量分佈更均勻，熱損失更低，加熱效率更高，溫度更準確。
本實施方式中，該金屬層31與第一石墨層32和第二石墨層33之間還均設有第三導熱膠層34。藉由兩層第三導熱膠層34將兩層石墨層黏接在金屬層31的兩表面，形成復合導熱層結構，復合方法簡單，整體導熱層3的厚度均勻，能夠保證均勻熱量的效果，且可以根據不同的加熱區21的面積進行裁切得到該導熱層3，方便使用。
本實施方式中，該第三導熱膠層34的厚度為0.01mm-0.03mm。
本實施方式中，該導熱層3在黏貼在加熱區21上之前第一膠黏層5和第二膠黏層6的表面還貼附兩層離型層37。
請再次參閱圖1，結合參閱圖3，該感溫層4包括溫度感應線路41以及設置於加熱區21的表面的溫度感測器42，藉由溫度感測器42可以感應加熱區21的溫度。
本實施方式中，該溫度感測器42的面積大致與加熱區21的表面積相等，將溫度感測器42貼在加熱區21遠離導熱層3的表面，可以感應加熱區21各處的溫度變化，從而保證對加熱區21各處溫度控制的準確性和穩定性。
請參閱圖5至圖6所示，為本發明實施例提供的一種檢測芯片200，該檢測芯片200用於核酸檢測。該檢測芯片200包括第一蓋板201、第二蓋板203、間隔層202以及該加熱結構100。該間隔層203相對的兩表面分別與該第一蓋板201和該第二蓋板203接觸，該第一蓋板201、該間隔層202以及該第二蓋板203圍設形成一通道204，該通道204用於承載檢測液205。該加熱結構100設置於該第一蓋板201和/或該第二蓋板203遠離該通道204一側的表面，該加熱結構100用於加熱該檢測液205，以使該檢測液205進行核酸擴增反應。如圖5所示，在本實施方式中，該第一蓋板201和該第二蓋板203遠離該通道204一側的表面均設有該加熱結構100。
請參閱圖5與圖6，本實施方式中，該第一蓋板201和該第二蓋板203遠離該通道204一側的表面均設有一個該加熱結構100，兩個所述加熱結構100之間藉由一連接部206電性連接，兩個加熱結構100以及該連接部206為一體結構。藉由在通道204的上下兩側均設置加熱結構100，可以使通道204內的檢測液205加熱更均勻，確保檢測液205擴增反應的正常進行。另，藉由一連接部206實現兩個加熱結構100的電性連接，使連個加熱結構100與連接部206構成一體結構，更便於加熱結構100在檢測芯片200內的組裝，而且，只需要在其中一個加熱結構100上佈設引出線路便可，便於線路的引出。
本實施方式中，該加熱結構100可以藉由所述第二導熱膠層36黏接在第一蓋板201和/或第二蓋板203的表面。具體地，該第二導熱膠層36的材質為矽膠膠黏劑，第一蓋板201和第二蓋板203可以是玻璃蓋板，矽膠膠黏劑具有耐高溫及耐候等優異性能，能夠使加熱結構100穩定地黏接在玻璃蓋板上。
請參閱圖7，結合參閱圖5，所述通道204包括一檢測路徑207，檢測液205能夠在預先設定的檢測路徑207內流動，該檢測路徑207根據不同的用途可以分為多個區域，分別是加樣區A，試劑存儲區B、多個核酸擴增區C以及出液區D。該加樣區A與外界藉由一加樣口連通，藉由該加樣口向該加樣區A加入檢測液205。該試劑存儲區B用於存儲螢光試劑（例如螢光染料或螢光探針）。檢測液205在該核酸擴增區C進行核酸擴增反應，該核酸擴增區C可以包括多個區域，具體區域的數量可以根據實際的檢測需求而定。
檢測芯片200內檢測液205的具體流動路徑為：檢測液205進入加樣區A後，按照規定路徑移動至核酸擴增區C進行擴增反應；當擴增反應完成後擴增後的產物移動至試劑存儲區B與螢光試劑混合，從而得到結合了螢光試劑的核酸擴增產物；混合均勻的核酸擴增產物進入下一步檢測（例如電泳檢測）。
本實施方式中，該核酸擴增區C的數量為兩個，每個核酸擴增區C對應一個加熱區21設置，即該加熱結構100包括兩個加熱區21及對應的兩個導熱層3。兩個所述核酸擴增區C的加熱溫度不同，能夠實現檢測液205在不同溫度下的核酸擴增反應的不同階段。
本實施方式中，該加熱區21可以對兩個核酸擴增區C具體的加熱溫度範圍分別為90℃-105℃和40℃-75℃。
在其它實施方式中，還可以根據具體核酸擴增反應階段的不同，該核酸擴增區C的數量也可以是三個或更多個。該加熱區21可以對三個核酸擴增區C具體的加熱溫度範圍分別為90℃-105℃、68℃-75℃和40℃-65℃。
在其它實施方式中，該檢測路徑207需要加熱的區域還包括可以是試劑存儲區B。該試劑存儲區B加熱後可以對存儲在內的試劑進行預熱處理。
請參閱圖8與圖9，結合參閱圖3與圖7，為檢測路徑207中包含三個加熱區21的示意圖，三個加熱區21分別為90℃-105℃溫區、68℃-75℃溫區和40℃-65℃溫區。三個加熱區21在空間結構上相距設置，並非接觸，在加熱過程中三個加熱區21可以同時進行升溫，也可以先升溫某一加熱區21，一般檢測液205在90℃-105℃溫區停留時間較長，可以先升溫90℃-105℃溫區，反應結束後再升溫其他加熱區21。如圖8與圖9所示，為環境溫度在30℃時開啟不同數量的加熱區21時的升溫圖片，可以看出當三個加熱區21（95℃、72℃和60℃）全部開啟（如圖8所示）與單獨開啟其中一個加熱區21（95℃）（如圖9所示）相比，95℃的加熱區21的溫度基本相同，說明當同時開啟多個加熱區21時，各個加熱區21之間的溫度互相干擾的情況較小，因此，本發明提供的加熱結構100能夠準確控制不同加熱區21的加熱溫度。
請參閱圖10所示，為食鹽水液珠的升溫測量曲線，由圖9可以看出，隨著時間的增加溫度上升，沒有太大的波動，而且升溫快。
請參閱圖11，本發明還提供了一種核酸檢測盒300，該核酸檢測盒300包括盒體301、檢測芯片200以及連接器302，該檢測芯片200設於該盒體301內，該檢測芯片200與該連接器302電性連接。
本發明還提供一種核酸檢測設備400，該核酸檢測設備400包括：主機401和如上所述的核酸檢測盒300，所述主機401包括一安裝槽402，所述核酸檢測盒300可拆卸設於所述安裝槽402內。
相較於習知技術，本發明提供的加熱結構藉由在加熱層和感溫層之間增加導熱層，可以使加熱區的加熱溫度更均勻，藉由感溫層的設置能夠精確感應加熱區的溫度，便於加熱區的溫度控制；導熱層在金屬層兩表面貼石墨層，可以使加熱區的溫度更均勻，溫度變化不會過於劇烈，熱損失更低，加熱效率更高，加熱溫度更準確。
100:加熱結構 1:基板 2:加熱層 21:加熱區 22:加熱層線路 221:電源電極 222:接地電極 23:加熱電阻 3:導熱層 31:金屬層 32:第一石墨層 33:第二石墨層 34:第三導熱膠層 35:第一導熱膠層 36:第二導熱膠層 37:離型層 4:感溫層 41:溫度感應線路 42:溫度感測器 200:檢測芯片 201:第一蓋板 202:間隔層 203:第二蓋板 204:通道 205:檢測液 206:連接部 207:檢測路徑 A:加樣區 B:試劑存儲區 C:核酸擴增區 D:出液區 300:核酸檢測盒 301:盒體 302:連接器 400:核酸檢測設備 401:主機 402:安裝槽
圖1為本發明一實施方式提供的加熱結構的結構示意圖。
圖2為本發明一實施方式提供的加熱結構的剖面圖。
圖3為本發明一實施方式提供的加熱結構中加熱層的結構示意圖。
圖4為本發明一實施方式提供的加熱結構中導熱層的結構示意圖。
圖5為本發明一實施方式提供的檢測芯片的剖面圖。
圖6為本發明一實施方式提供的檢測芯片的結構示意圖。
圖7為本發明一實施方式提供的檢測芯片中檢測路徑的結構示意圖。
圖8與圖9為本發明一實施方式提供的檢測芯片開啟不同加熱區時的升溫圖片。
圖10為本發明一實施方式提供的檢測芯片用於食鹽水液珠的升溫測量曲線圖。
圖11為本發明一實施方式提供的核酸檢測盒的結構示意圖。
圖12為本發明一實施方式提供的核酸檢測設備的結構示意圖。
100:加熱結構
1:基板
4:感溫層
41:溫度感應線路
42:溫度感測器

Claims (11)

  1. 一種加熱結構，其中，包括： 基板； 加熱層，設於所述基板上，所述加熱層包括加熱區； 導熱層，設於所述基板遠離所述加熱層的一側，且所述導熱層與所述加熱區對應；以及 感溫層，設於所述加熱區上且與所述加熱層電性連接， 其中，所述加熱層用於加熱所述導熱層，所述感溫層用於感測所述加熱區的溫度。
  2. 如請求項1所述的加熱結構，其中，所述導熱層與所述基板之間設置有第一導熱膠層，所述導熱層遠離所述基板的一側設有第二導熱膠層。
  3. 如請求項1所述的加熱結構，其中，所述導熱層包括金屬層以及設置於所述金屬層相對兩表面的第一石墨層和第二石墨層，所述第一石墨層設於所述基板遠離所述加熱層的一側表面。
  4. 如請求項3所述的加熱結構，其中，所述金屬層的厚度為0.05mm-0.15mm，所述第一石墨層和所述第二石墨層的厚度均為0.02mm-0.03mm。
  5. 如請求項3所述的加熱結構，其中，所述金屬層與所述第一石墨層和所述第二石墨層之間均設有第三導熱膠層。
  6. 如請求項5所述的加熱結構，其中，所述第三導熱膠層的厚度為0.01mm-0.03mm。
  7. 如請求項1所述的加熱結構，其中，所述加熱區為多個，相鄰兩個所述加熱區相距設置，每一個所述加熱區均設有一個所述導熱層。
  8. 一種檢測芯片，其中，包括： 第一蓋板； 第二蓋板； 間隔層，所述間隔層相對的兩表面分別與所述第一蓋板和所述第二蓋板接觸，所述第一蓋板、所述間隔層以及所述第二蓋板圍設形成通道，所述通道用於承載檢測液； 如請求項1-7任一項所述的加熱結構，所述加熱結構設置於所述第一蓋板和/或所述第二蓋板遠離所述通道一側的表面，所述加熱結構用於加熱所述檢測液，以使所述檢測液進行核酸擴增反應。
  9. 如請求項8所述的檢測芯片，其中，所述第一蓋板和所述第二蓋板遠離所述通道一側的表面均設有一個所述加熱結構，兩個所述加熱結構之間藉由一連接部電性連接。
  10. 一種核酸檢測盒，其中，包括： 盒體； 連接器，設置於所述盒體內；以及 如請求項8或9所述的檢測芯片，所述檢測芯片設置於所述盒體內，且與所述連接器電性連接。
  11. 一種核酸檢測設備，其中，包括： 主機，包括一安裝槽； 如請求項10所述的核酸檢測盒，所述核酸檢測盒可拆卸設於所述安裝槽內。
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