TW202338077A - 多功能聚合酶連鎖反應裝置及其操作方法 - Google Patents

多功能聚合酶連鎖反應裝置及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種多功能聚合酶連鎖反應裝置，利用一個可活動的多功能上蓋讓同一設備可以選擇性地進行變溫聚合酶連鎖反應或恆溫聚合酶連鎖反應，大幅度提高檢驗應用的靈活性。

Description

多功能聚合酶連鎖反應裝置及其操作方法
本發明係關於一種多功能聚合酶連鎖反應裝置及其操作方法，特別是一種用於生物技術產業，用於自動化設備。
在生物技術的領域，針對DNA及RNA，通常會存在兩種實驗需求：1.定性；2.定量。上述兩種方式通常都是採用聚合酶連鎖反應(Polymerase Chain Reaction,PCR)。然而，最基礎的PCR原理就是先升溫產生變性反應(denaturation)；接著降溫緩冷配對反應(annealing)；接著再升溫延長反應(extension)；然後重複前述三個動作(升溫-降溫-升溫)。
隨著技術發展，逐漸開發出多種針對定性以及定量所適用的不同方法。參考圖1，繪示PCR管10及PCR毛細管20。以定性PCR而言，現在常用的為毛細管熱對流聚核酶連鎖反應(Capillary Convective PCR,CCPCR)，其採用的是如圖1右側的反應管10為PCR毛細管並以恆溫的方式進行PCR(相異於上述基礎的PCR)，該反應管10包含一毛細管11(下方較細的)、一頸部12及一蓋部13。該毛細管11的部分又可稱為反應區，一般而言，反應用的液體會在該區域進行PCR反應。以定量PCR而言，現在常用的為定 量PCR(Quantitative PCR,qPCR)，其採用的是圖1左側的反應管20為PCR管並以變溫的方式進行PCR反應(如上述基礎的PCR)，該反應管20包含一管底區21、一頸部22及一蓋部23。該管底區21的部分又可稱為反應區，一般而言，反應用的液體會在該區域進行PCR反應。須注意的是，該反應管20的管底區21是錐形的，其僅為示意圖，主要是與反應管10形成區隔，該反應管20不具有該毛細管11。
然而受限現有技術，因為CCPCR及qPCR採用的加熱方式及採用的PCR管形狀皆不相同，只能夠根據採用的因此單一機器，因此需要設置兩台不同的設備才能分別進行CCPCR以及qPCR的測定，造成設置成本上升且無法依照需求調整檢驗特性。
故，有必要提出一種多功能聚合酶連鎖反應裝置及其操作方法以解決上述技術問題。
為解決上述習知技術的問題，本發明提供一種多功能聚合酶連鎖反應裝置，利用一個可活動的多功能上蓋讓同一設備可以選擇性地進行變溫聚合酶連鎖反應(如qPCR))或恆溫聚合酶連鎖反應(如CCPCR)，大幅度提高檢驗應用的靈活性。
為達上述目的，本發明提供一種多功能聚合酶連鎖反應裝置，其包括一多功能上蓋、一下承載裝置及一驅動裝置。該下承載裝置設置於該多功能上蓋下方且用於收容至少一反應管。該驅動裝置用於選擇性在該至少一反應管放置於該下承載裝置內之前或之後，將該多功能上蓋移動至該下承載裝置上。
在一較佳實施例中，該下承載裝置還包括第一加熱單元，其接觸並控制該至少一反應管的第一位置於一第一溫度範圍。
在一較佳實施例中，該多功能上蓋還具有第二加熱單元用於控制該至少一反應管相對該第一位置的第二位置於一第二溫度範圍，進而使該至少一反應管能夠進行恆溫聚合酶連鎖反應。
在一較佳實施例中，該驅動裝置係根據該多功能聚合酶連鎖反應裝置進行變溫聚合酶連鎖反應或恆溫聚合酶連鎖反應而決定移動該多功能上蓋及該至少一反應管的先後順序。
在一較佳實施例中，該至少一反應管係根據該多功能聚合酶連鎖反應裝置進行變溫聚合酶連鎖反應或恆溫聚合酶連鎖反應而選擇PCR管或PCR毛細管。
在一較佳實施例中，當該多功能上蓋在該至少一反應管放置於該下承載裝置內之後才移動至該下承載裝置上時，該下承載裝置的一第一加熱單元，同時控制該至少一反應管的第一位置於一第一溫度範圍，以及該多功能上蓋的一第二加熱單元控制該至少一反應管的上蓋區域位於一第二溫度範圍。
為達上述目的，本發明還提供多功能聚合酶連鎖反應操作方法。其包括：首先，接收一外部訊息已得知欲進行變溫聚合酶連鎖反應或恆溫聚合酶連鎖反應；接著，一驅動裝置選擇性地在至少一反應管放置於一下承載裝置內之前或之後，將一多功能上蓋移動至該下承載裝置上。
在一較佳實施例中，還包括：當進行變溫聚合酶連鎖 反應時，該驅動裝置在該至少一反應管放置於該下承載裝置中之後，該下承載裝置的一第一加熱單元，同時控制該至少一反應管的第一位置於一第一溫度範圍，以及該多功能上蓋的一第二加熱單元控制該至少一反應管的上蓋區域位於一第二溫度範圍。
在一較佳實施例中，還包括：當進行恆溫聚合酶連鎖反應時，該驅動裝置在該至少一反應管放置於該下承載裝置中之前，將該多功能上蓋移動至該下承載裝置上，使該至少一反應管的反應區穿過該多功能上蓋以及該下承載裝置而接觸設置於該下承載裝置的一第一加熱單元，同時控制該至少一反應管的第一位置於一第一溫度範圍。
在一較佳實施例中，還包括：利用設置於該多功能上蓋的一第二加熱單元接觸並控制該至少一反應管相對該第一位置的第二位置於一第二溫度範圍。
相較習知技術，本發明藉由利用一個可活動的多功能上蓋讓同一設備可以選擇性地進行變溫聚合酶連鎖反應或恆溫聚合酶連鎖反應，大幅度提高檢驗應用的靈活性。
10、20:反應管
11:毛細管
12、22:頸部
13、23:蓋部
21:管底區
100:多功能聚合酶連鎖反應裝置
110:下承載裝置
112:第一加熱單元
114:凹槽
120:多功能上蓋
122:第二加熱單元
124:貫穿孔
130:驅動裝置
132:滑桿
140:散熱單元
S01-S05:步驟
圖1，繪示PCR管及PCR毛細管；
圖2，繪示根據本發明的多功能聚合酶連鎖反應裝置的整體示意圖；
圖3，繪示根據本發明的第一較佳實施例的多功能聚合酶連鎖反應裝置的局部側視透視圖；
圖4，繪示根據本發明的第二較佳實施例的多功能聚合酶連鎖反應裝置的局部側視透視圖；
圖5，繪示根據本發明的第一較佳實施例的多功能聚合酶連鎖反應操作方法的流程圖；
圖6，繪示根據本發明的第一較佳實施例的多功能聚合酶連鎖反應操作方法的作動圖6A-6C
圖7，繪示根據本發明的第二較佳實施例的多功能聚合酶連鎖反應操作方法的流程圖；及
圖8，繪示根據本發明的第二較佳實施例的多功能聚合酶連鎖反應操作方法的作動圖8A-8C。
以下各實施例的說明是參考圖式，用以說明本發明可用以實施的特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是參考圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
請參考圖2，繪示根據本發明的多功能聚合酶連鎖反應裝置100的整體示意圖。該多功能聚合酶連鎖反應裝置100包括一多功能上蓋120、一下承載裝置110及一驅動裝置130。該下承載裝置110設置於該多功能上蓋120下方且用於收容至少一反應管。詳細地，這邊指的下方是指垂直方向上的配置，可參考圖3-4。且為了避免誤導，在圖3-4中才對該至少一反應管進行說明。該驅動裝置 130用於選擇性在該至少一反應管放置於該下承載裝置110內之前或之後，將該多功能上蓋120移動至該下承載裝置110上。需要說明的是，本發明僅著重於該多功能上蓋及該下承載裝置110之間的運動關係(影響該多功能上蓋120、該下承載裝置110及該至少一反應管的相對位置)，而其中的驅動裝置130可以利用如圖中的滑桿132來移動該多功能上蓋120，然而也可以採用其他方式，並不以此為限。
請參考圖3，繪示根據本發明的第一較佳實施例的多功能聚合酶連鎖反應裝置100的局部側視透視圖。本圖是以一個反應管20作為示意(可參考圖1及相關說明)。在本較佳實施例中，該至少一反應管20係根據該多功能聚合酶連鎖反應裝置100進行變溫聚合酶連鎖反應而選擇PCR管，因此相對關係由下而上為：該下承載裝置110、該至少一反應管20及該多功能上蓋120。
該下承載裝置110還包括第一加熱單元112以及至少一凹槽114，該第一加熱單元112藉由該至少一凹槽114接觸並控制該至少一反應管20的第一位置(參考圖1該管底區21)，該第一位置於一第一溫度範圍。在本較佳實施例中，該第一加熱單元112是利用固體接觸加熱的方式，然而並不以此為限，也可以是液體、氣體接觸甚至是通過磁力等超距力。同時該第一加熱單元112還接觸一散熱單元140，相對於該第一加熱單元112提供升溫的效果，該散熱單元140用於提供降溫的效果，在本較佳實施例中該散熱單元140為一鰭片狀的鋁，然而並不以此為限。
進一步，該多功能上蓋120還包括對應該至少一反應管20的至少一貫穿孔124，當該至少一反應管20是PCR管時，且該至少一貫穿孔124無法讓PCR管的反應區(參考圖1)從該至少一貫穿孔124的上方通過。這個部分是為了在誤用PCR管時。
因此，當該多功能上蓋120在該至少一反應管20放置於該下承載裝置110內之後才移動至該下承載裝置110上時，該下承載裝置110的一第一加熱單元114，同時控制該至少一反應管20的第一位置(參考圖1該管底區21)於一第一溫度範圍，以及該多功能上蓋120的一第二加熱單元124控制該至少一反應管20的上蓋區域(參考圖1該蓋部23)位於一第二溫度範圍。其原因在於一般而言變溫聚合酶連鎖反應的第一溫度範圍通常會大於90度C，因此需要控制反應管的蓋子區域溫度升高致一定程度才可避免因反應管內部氣體壓力過大而爆開。
參考圖4，繪示根據本發明的第二較佳實施例的多功能聚合酶連鎖反應裝置100的局部側視透視圖。本較佳實施例與第一較佳實施例的差異在於：在該至少一反應管10係根據該多功能聚合酶連鎖反應裝置100進行恆溫聚合酶連鎖反應而選擇PCR毛細管。因此相對關係由下而上為：該下承載裝置110、該多功能上蓋120及該至少一反應管10。
當該至少一反應管10是PCR毛細管時，該至少一貫穿孔124能讓該至少一反應管10的反應區(參考圖1)通過。同時，該多功能上蓋120還具有第二加熱單元122用於控制該至少一反應管10相對該第一位置的第二位置(該毛細管11的上方)於一第二溫度範圍， 進而使該至少一反應管能夠進行恆溫聚合酶連鎖反應。一般而言，該第一溫度範圍的數值會大於該第二溫度範圍。在較佳實施例中，該第二加熱單元124相較於現有的單一熱源(即類似該的一加熱單元114)的加熱方式具有更準確的溫度控制，能夠更好的執行PCR作業。
參考圖5-6，圖5繪示根據本發明的第一較佳實施例的多功能聚合酶連鎖反應操作方法的流程圖；圖6繪示根據本發明的第一較佳實施例的多功能聚合酶連鎖反應操作方法的作動圖A-C。關於本流程圖中所提及的元件請參考上述圖1-圖4及相關說明。首先，執行步驟S01，接收一外部訊息已得知欲進行變溫聚合酶連鎖反應或恆溫聚合酶連鎖反應，也就是圖6A；接著，執行步驟S02，當進行變溫聚合酶連鎖反應時，將該至少一反應管20放置於該下承載裝置110中，也就是圖6B；接著，執行步驟S03，該驅動裝置130將該多功能上蓋120移動至該下承載裝置110上，也就是圖6C，詳細地，該下承載裝置110的一第一加熱單元114，同時控制該至少一反應管20的第一位置(參考圖1該管底區21)於一第一溫度範圍，以及該多功能上蓋120的一第二加熱單元124控制該至少一反應管20的上蓋區域(參考圖1該蓋部23)位於一第二溫度範圍。實際操作而言，在選定要執行變溫聚合酶連鎖反應或恆溫聚合酶連鎖反應後，在設備上下指令後，該多功能聚合酶連鎖反應裝置100便會依照順序移動該至少一反應管20以及該多功能上蓋120，接著便開始相對應的PCR程序。此處對於移動該至少一反應管20以及該多功能上蓋120可以參考任何習知的技 術，並不以此為限。
參考圖7-8，圖7繪示根據本發明的第二較佳實施例的多功能聚合酶連鎖反應操作方法的流程圖；圖8繪示根據本發明的第二較佳實施例的多功能聚合酶連鎖反應操作方法的作動圖8A-8C。關於本流程圖中所提及的元件請參考上述圖1-圖4及相關說明。首先，執行步驟S01，接收一外部訊息已得知欲進行變溫聚合酶連鎖反應或恆溫聚合酶連鎖反應，也就是圖8A(與圖6A的狀態相同)；接著，執行步驟S04，當進行恆溫聚合酶連鎖反應時，該驅動裝置130將該多功能上蓋移動120至該下承載裝置110上，也就是圖8B；接著，執行步驟S05，將該至少一反應管10的反應區(參考圖1)穿過該多功能上蓋120以及該下承載裝置110而接觸設置於該下承載裝置110的一第一加熱單元112，同時控制該至少一反應管10的第一位置於一第一溫度範圍，也就是圖8C。實際操作而言，在選定要執行變溫聚合酶連鎖反應或恆溫聚合酶連鎖反應後，在設備上下指令後，該多功能聚合酶連鎖反應裝置100便會依照順序移動該至少一反應管10以及該多功能上蓋120，接著便開始相對應的PCR程序。此處對於移動該至少一反應管10以及該多功能上蓋120可以參考任何習知的技術，並不以此為限。
相較習知技術，本發明藉由利用一個可活動的多功能上蓋讓同一設備可以選擇性地進行變溫聚合酶連鎖反應或恆溫聚合酶連鎖反應，大幅度提高檢驗的靈活性。
以上僅是本發明的較佳實施方式，應當指出，對於熟 悉本技術領域的技術人員，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
20:反應管
100:多功能聚合酶連鎖反應裝置
110:下承載裝置
112:第一加熱單元
114:凹槽
120:多功能上蓋
122:第二加熱單元
124:貫穿孔
130:驅動裝置
132:滑桿
140:散熱單元

Claims (10)

  1. 一種多功能聚合酶連鎖反應裝置，包括：
    一多功能上蓋；
    一下承載裝置，設置於該多功能上蓋下方且用於收容至少一反應管；
    一驅動裝置，用於選擇性在該至少一反應管放置於該下承載裝置內之前或之後，將該多功能上蓋移動至該下承載裝置上。
  2. 如請求項1所述的多功能聚合酶連鎖反應裝置，其中該下承載裝置還包括第一加熱單元，其接觸並控制該至少一反應管的第一位置於一第一溫度範圍。
  3. 如請求項2所述的多功能聚合酶連鎖反應裝置，其中該多功能上蓋還具有第二加熱單元用於控制該至少一反應管相對該第一位置的第二位置於一第二溫度範圍，進而使該至少一反應管能夠進行恆溫聚合酶連鎖反應。
  4. 如請求項1所述的多功能聚合酶連鎖反應裝置，其中該驅動裝置係根據該多功能聚合酶連鎖反應裝置進行變溫聚合酶連鎖反應或恆溫聚合酶連鎖反應而決定移動該多功能上蓋及該至少一反應管的先後順序。
  5. 如請求項1所述的多功能聚合酶連鎖反應裝置，其中該至少一反應管係根據該多功能聚合酶連鎖反應裝置進行變溫聚合酶連鎖反應或恆溫聚合酶連鎖反應而選擇PCR管或PCR毛細管。
  6. 如請求項1所述的多功能聚合酶連鎖反應裝置，其中當該多功能上蓋在該至少一反應管放置於該下承載裝置內之後，該下承載裝置的一第一加熱單元，同時控制該至少一反應管的第一位置於一第一溫度範圍，以及該多功能上蓋的一第二加熱單元控制該至少一反應管的上蓋區域 位於一第二溫度範圍。
  7. 一種多功能聚合酶連鎖反應操作方法，其包括：
    接收一外部訊息已得知欲進行變溫聚合酶連鎖反應或恆溫聚合酶連鎖反應；
    一驅動裝置選擇性地在至少一反應管放置於一下承載裝置內之前或之後，將一多功能上蓋移動至該下承載裝置上。
  8. 如請求項7所述的多功能聚合酶連鎖反應操作方法，其中還包括：
    當進行變溫聚合酶連鎖反應時，該驅動裝置在該至少一反應管放置於該下承載裝置中之後，該下承載裝置的一第一加熱單元，同時控制該至少一反應管的第一位置於一第一溫度範圍，以及該多功能上蓋的一第二加熱單元控制該至少一反應管的上蓋區域位於一第二溫度範圍。
  9. 如請求項7所述的多功能聚合酶連鎖反應操作方法，其中還包括：
    當進行恆溫聚合酶連鎖反應時，該驅動裝置在該至少一反應管放置於該下承載裝置中之前，將該多功能上蓋移動至該下承載裝置上，使該至少一反應管的反應區穿過該多功能上蓋以及該下承載裝置而接觸設置於該下承載裝置的一第一加熱單元，同時控制該至少一反應管的第一位置於一第一溫度範圍。
  10. 如請求項9所述的多功能聚合酶連鎖反應操作方法，其中還包括：
    利用設置於該多功能上蓋的一第二加熱單元接觸並控制該至少一反應管相對該第一位置的第二位置於一第二溫度範圍。
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