TWI415937B - A capillary for a thermally convective polymerase chain reaction device - Google Patents

Description

用於熱對流聚合酶連鎖反應裝置的毛細管

    本發明係有關於熱對流聚合酶連鎖反應裝置，尤其是有關於用於熱對流聚合酶連鎖反應裝置的毛細管。

    以聚合酶連鎖反應(PCR)擴增特定核酸序列為目前相當成熟的技術，其為醫學及生物技術之重要技術，其反應過程主要有三個步驟：「變性反應」、「煉合反應以及「延伸反應」，其中這三個步驟需要的反應溫度不相同。現今商業化之PCR設備，所需反應樣本包含欲擴增之模板DNA、與模板DNA各股上特定序列互補之寡核苷酸引子對、熱安定性DNA聚合酶、以及去氧核苷三磷酸(dNTP)。PCR設備藉由反覆加熱與冷卻反應樣本，使反應樣本在三種不同溫度間循環，藉以擴增模板DNA核酸序列之特定部分。

    PCR第一個步驟為變性反應，其為將反應樣本加熱至高溫，以讓雙股之模板DNA分離成為單股DNA，典型地變性反應之溫度為介於90至95℃之範圍。

    PCR第二個步驟為煉合反應，其為先將分離成為單股DNA的反應樣本冷卻至較低溫度，以讓引子與第一個步驟形成之單股DNA結合，而形成DNA與引子之複合物，典型地煉合反應之溫度係依據所用引子之解鏈溫度(melting temperature；Tm)而選擇，通常介於35至65℃之範圍。

    PCR第三個步驟為聚合(延伸)反應，其為將形成DNA與引子的複合物的反應樣本維持於適當溫度，藉由DNA聚合酶的作用，使引子得以延伸，形成與模板DNA各股互補的新單股DNA，典型聚合反應之溫度為72℃。

    因此由上述三步驟組成的每一次循環，可以複製兩倍的模板DNA，將包含變性反應、煉合反應及延伸反應等三個溫度各異之步驟的PCR循環重複約20至40次，可生產出數百萬個標的核酸序列之複製物。

    傳統之市售PCR儀器(亦即熱循環儀器)中，反應樣本之溫度係以熱傳導方式控制。裝有PCR反應樣本之反應容器為與具有高導熱性之固體金屬塊接觸。該金屬塊與加熱及冷卻裝置相連，並藉由加熱及冷卻裝置而改變溫度，傳統之熱循環PCR需花費額外的時間及能源去加熱及冷卻PCR樣本本身以外的物質。且由於機器本身精密的特性，因此熱循環儀器通常十分昂貴。

    請參閱「圖1」與「圖2」所示，目前另一較省成本的技術為熱對流PCR(CPCR)，習用熱對流PCR的反應樣本為裝填入圓形的毛細管1中，複數個毛細管1整齊排列於一裝設有加熱器(圖未示)與冷卻裝置(圖未示)的試管座2上，其中由熱對流驅動之反應樣本，藉由加熱器與冷卻裝置的作用，於該毛細管1內形成循環流動。因此毛細管1各區域具不同的溫度，而當反應樣本在各區域間循環時，PCR的三個步驟可依序並重複地發生。

    習用的毛細管1為圓形且直立排列，熱對流的趨勢為熱流上升、冷流下降，其流速相當的快速而導致熱流與冷流容易互相混雜而沒有明顯區隔，造成反應效率的不良。

    爰此，本發明之主要目的在於揭露一種毛細管結構，可延長熱對流的循環時間。

    本發明為一種用於熱對流聚合酶連鎖反應裝置的毛細管，供設置於一試管座上，其包含一管體，該管體具有一長管狀容置空間，該長管狀容置空間的軸向與該試管座的平面傾斜一角度，且該長管狀容置空間具一軸向截面，並該軸向截面的左右邊緣的距離大於該軸向截面的前後邊緣的距離。

    據此，當該長管狀容置空間裝填反應樣本並予以加熱產生熱對流時，由於該軸向截面的左右邊緣的距離大於該軸向截面的前後邊緣的距離，因此該軸向截面的左右邊緣可形成較窄的通道，其可降低熱對流上升的流速而延長熱對流的循環時間，亦即延長反應樣本的反應時間，故可增加熱對流聚合酶連鎖反應裝置的反應效率。

    為俾使貴委員對本發明之特徵、目的及功效，有著更加深入之瞭解與認同，茲列舉較佳實施例並配合圖式說明如后：

    請參閱「圖3」、「圖4」與「圖5」所示，本發明為一種用於熱對流聚合酶連鎖反應裝置的毛細管，供設置於一試管座20上，其包含一管體11，該管體11具有一長管狀容置空間12，該長管狀容置空間12具一軸向截面13，並該軸向截面13的左右邊緣131的距離大於該軸向截面13的前後邊緣132的距離，又該軸向截面13可以為封閉曲面，並軸向截面13左右邊緣131的曲率大於該軸向截面13前後邊緣132的曲率，如該軸向截面13可以為橢圓面(該軸向截面13繪製橢圓面為例加以說明)，或者軸向截面13亦可為長方形。

    又該管體11於靠近該長管狀容置空間12的底部處可以圈繞一高導熱環30，該高導熱環30可以為金屬環，如可以為銅製成。且該管體11可以具有一管蓋40，並該長管狀容置空間12的底部可以漸縮形成為一狹長管狀空間121，以增加識別性。

    請參閱「圖6」，當該長管狀容置空間12裝填反應樣本50並予以加熱產生熱對流51時，由於該軸向截面13的左右邊緣131的距離大於該軸向截面13的前後邊緣132的距離，且該軸向截面13的左右邊緣131與前後邊緣132可具不同的曲率，因此該軸向截面13的左右邊緣131形成較窄的通道，其可降低熱對流51上升的流速，而延長熱對流51的循環時間，亦即延長反應樣本50的可反應時間，故可增加熱對流聚合酶連鎖反應裝置的反應效率。

    如上所述，本發明揭露一種非圓的毛細管，可以降低熱對流51的流速，而延長反應樣本50的可反應時間，故可增加熱對流聚合酶連鎖反應裝置的反應效率，滿足使用上的需求。

    綜上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用來限定本發明之實施範圍，即凡依本發明申請專利範圍之內容所為的等效變化與修飾，皆應為本發明之技術範疇。

習知

1‧‧‧毛細管

2‧‧‧試管座

本發明

11‧‧‧管體

12‧‧‧長管狀容置空間

121‧‧‧狹長管狀空間

13‧‧‧封閉曲面

131‧‧‧左右邊緣

132‧‧‧前後邊緣

20‧‧‧試管座

30‧‧‧高導熱環

40‧‧‧管蓋

50‧‧‧反應樣本

51‧‧‧熱對流

圖1，係習知毛細管結構圖。

圖2，係習知毛細管置放結構圖。

圖3，係本發明毛細管結構圖。

圖4，係本發明毛細管置放結構圖。

圖5，係本發明毛細管置放結構局部剖視圖。

圖6，係本發明毛細管使用示意圖。

11‧‧‧管體

12‧‧‧長管狀容置空間

121‧‧‧狹長管狀空間

13‧‧‧封閉曲面

131‧‧‧左右邊緣

132‧‧‧前後邊緣

30‧‧‧高導熱環

40‧‧‧管蓋

Claims (9)

1. 一種用於熱對流聚合酶連鎖反應裝置的毛細管，供設置於一試管座上，其包含：
   一管體，該管體具有一長管狀容置空間，該長管狀容置空間具一軸向截面，並該軸向截面的左右邊緣的距離大於該軸向截面的前後邊緣的距離。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於熱對流聚合酶連鎖反應裝置的毛細管，其中該軸向截面為封閉曲面，且該軸向截面左右邊緣的曲率大於該軸向截面前後邊緣的曲率。
3. 如申請專利範圍第2項所述之用於熱對流聚合酶連鎖反應裝置的毛細管，其中該軸向截面為橢圓面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於熱對流聚合酶連鎖反應裝置的毛細管，其中該軸向截面為長方形。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於熱對流聚合酶連鎖反應裝置的毛細管，其中該管體於靠近該長管狀容置空間的底部處圈繞一高導熱環。
6. 如申請專利範圍第5項所述之用於熱對流聚合酶連鎖反應裝置的毛細管，其中該高導熱環為金屬環。
7. 如申請專利範圍第6項所述之用於熱對流聚合酶連鎖反應裝置的毛細管，其中該高導熱環為銅製成。
8. 如申請專利範圍第1項所述之用於熱對流聚合酶連鎖反應裝置的毛細管，其中該管體具有一管蓋。
9. 如申請專利範圍第1項所述之用於熱對流聚合酶連鎖反應裝置的毛細管，其中該長管狀容置空間的底部漸縮形成為一狹長管狀空間。