TWI458828B - Droplet type high throughput thermal cycling system - Google Patents

Description

液滴型高通量熱循環系統

本發明是有關於一種熱循環系統，特別是指一種液滴型高通量熱循環系統。

目前在檢測DNA上最常用的方法，就是將DNA進行聚合酶連鎖反應(Polymerase Chain Reaction,PCR)。PCR主要以三個不斷依序重複之步驟進行，變性(denature，DNA雙股分離形成單股)→黏合(annealing，引子黏合於單股DNA上的互補位置)→延展(extension，以兩個引子為起點合成新的DNA)，PCR完成後進行凝膠電泳來檢測結果。

目前PCR主要是採用固定式循環加熱器，利用控制器控制加熱器加熱時間及溫度，也就是說，固定式循環加熱器是將樣本固定在同一空間內，將該空間進行溫度變化，以使該空間在不同溫度下以不同時間加熱，達到溫度循環加熱的目的，然而，固定式循環加熱器在升降溫時，需要將PCR混合物以及各種同樣位於該空間內的所有元件皆升降至同一溫度後，才能進行下一步驟，不但浪費時間，也大幅增加實驗成本。因此，如何能只讓PCR混合物升降溫，而使其他非必要加熱物件不需同步升降溫，以節省實驗時間，值得多方思考、研究。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以有效節省實驗時間與成本的液滴型高通量熱循環系統。

於是，本發明液滴型高通量熱循環系統，供容放並加熱混合有多數磁珠且呈液滴狀的待測樣本，該液滴型高通量熱循環系統包含一圍繞界定出一移動空間的外殼、一能於該移動空間內移動的移動裝置，及一加熱裝置。

該移動裝置包括一動力源、一受該動力源驅動而於該移動空間內往復移動的載台，及一設置於該載台上而隨該載台移動的承載單元，其中，該承載單元具有一設置於該載台上的盒體、一可拆離地蓋設於該盒體上且形成有一開口的蓋體、一嵌設於該蓋體之開口的濾光片、一設置於該盒體內的磁吸件，及一置放於該磁吸件上且對應該濾光片位置的承載盤，該承載盤具有多個用以容放待測樣本的容置部。

該加熱裝置包括一控制器，及三個分別電連接於該控制器且設置於該外殼的移動空間內的加熱單元，所述加熱單元是位於該移動裝置的上方而用以加熱該承載單元，其中，每一加熱單元具有一圍繞壁、一由該圍繞壁所圍繞界定的加熱空間，及一固設於該圍繞壁上且電連接於該控制器而用以加熱該加熱空間的加熱件。

本發明之功效在於：利用該載台帶動待測樣本於不同加熱單元所形成的溫區之間移動，有效節省升降溫所需之時間與成本，且透過該承載單元之濾光片與磁吸件的設計，可以提高加熱效率，並避免待測樣本有偏離位置的情形發生。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1與圖2，為本發明液滴型高通量熱循環系統之較佳實施例，包含一外殼2、一能相對於該外殼2移動的移動裝置3，及一加熱裝置4。

該外殼2包括一基座21、兩個對應地設置於該基座21兩側的側壁22，及一由該基座21與該二側壁22共同界定的移動空間23。

該移動裝置3包括一設置於該基座21內的動力源31、一受該動力源31驅動而於該移動空間23內沿著移動方向X往復移動的載台32，及一設置於該載台32上而隨該載台32移動的承載單元33。

參閱圖2、3，該承載單元33具有一設置於該載台32上的盒體331、一可拆離地蓋設於該盒體331上且形成有一開口330的蓋體332、一嵌設於該蓋體332之開口330的濾光片333、一設置於該盒體331內的磁吸件334，及一置放於該磁吸件334上且對應該濾光片333位置的承載盤335，該承載盤335具有多個容置部336，所述容置部336用以容放混合有多數磁珠6且呈液滴狀的待測樣本5。

要特別說明的是，於本實施例中，該載台32與該盒體331並非以一體式的方式繪示，但於實際製造時，也可使該盒體331與載台32為一體式設計，不以此為限。

再參閱圖1與圖2，該加熱裝置4包括一控制器41， 及三個分別電連接於該控制器41且設置於該移動空間23內的加熱單元42，所述加熱單元42是用以加熱容置於該承載單元33內的待測樣本5。其中，每一加熱單元42具有一連接於該二側壁22之間且截面呈倒U形的圍繞壁421、一由該圍繞壁421所圍繞界定的加熱空間422、一固設於該圍繞壁421上且電連接於該控制器41而用以加熱該加熱空間422的加熱件423，及兩個貼設於該圍繞壁421上且互相對應的反射鏡片424。每一圍繞壁421具有一彎弧段425，及二由該彎弧段425兩端向下延伸的直立段426，該二反射鏡片424是分別貼設於該二直立段426上。於本實施例中，所述加熱件423為紅外線燈管。

為了方便說明，特別將所述加熱單元42分別以編號42a、42b、42c做區分，將所述加熱空間422分別以編號422a、422b、422c做區分，而所述加熱件423分別以編號423a、423b、423c做區分。於本實施例中，以該控制器41分別控制加熱件423a的溫度為95℃、加熱件423b的溫度為55℃，以及加熱件423c的溫度為72℃，而使所述加熱件423a、423b、423c分別加熱所述加熱空間422a、422b、422c而趨近於95℃、55℃，及72℃。要說明的是，上述溫度只是本實施例所設定之實驗條件，可以視各種不同的實驗條件而改變所述加熱件423a~c的溫度，來調整所述加熱空間422a~c的溫度。同時，定義95℃的加熱空間422a為變性區(denaturation)、而55℃的加熱空間422b則為黏合區(annealing)，72℃的加熱空間422c為延展區(extension)。當 然，亦可以視實際需求，而使加熱空間422b為延展區，加熱空間422c為黏合區，同時配合實驗條件改變加熱空間422b、422c之溫度，不以本實施例所揭露者為限。

以下則配合實驗的進行說明本發明的使用方式，首先，準備雙股DNA作為模板(template)，並確認一段能與該雙股DNA部分互補的片段，將該片段、模板，以及含有磁珠6的反應試劑混合後形成待測樣本5，再將待測樣本5置於該承載盤335的容置部336內，並將一層礦物油7覆蓋於待測樣本5上。其中，所述磁珠6的表面為親水性，因此磁珠6移動時，可以帶動液滴狀的待測樣本5移動。

接著，經由該控制器41調整所述加熱空間422a~c所需的溫度，再使該動力源31驅動該載台32，使該載台32與移動裝置3於該移動空間23內移動並依序通過變性區→黏合區→延展區而完成聚合酶連鎖反應(PCR)的一次循環，並且使載台32再回到變性區而重複進行上述移動順序，該載台32與移動裝置3停留於上述區域的時間可視實際情況進行調整。

要說明的是，該載台32與移動裝置3移動至每一加熱單元42下方時，該承載單元33之濾光片333是會對應位於每一加熱件423的下方，而由於每一加熱件423為紅外線燈管，於加熱時散發熱輻射，並配合所述反射鏡片424的設置，讓熱能可以集中並通過該濾光片333，而對待測樣本5進行加熱。另外，由於待測樣本5中主要成分為水，而水的吸收頻譜在1450nm和1950nm有兩個高吸收波長， 因此於本實施例中，該濾光片333可選用兩種規格，一種是可讓1400nm-1500nm之波長通過，另一種則是可讓1900nm-2000nm的波長通過，以對所述待測樣本5產生最好的加熱效果。

另外，由於所述待測樣本5內含有磁珠6，再搭配該磁吸件334用以吸附所述磁珠6，因此該承載單元33被該載台32帶動移動時，透過該磁吸件334可以避免所述待測樣本5偏離或是移位。而由於礦物油7的沸點高於100℃，因此將礦物油7覆蓋於待測樣本5上，可避免待測樣本5於進行反應時蒸發，不必另外使用任何形式的上蓋，節省加工的成本與時間。

綜上所述，本發明液滴型高通量熱循環系統，利用該載台32帶動所述待測樣本5於不同加熱單元42所形成的溫區之間移動，有效節省升降溫所需之時間與成本，配合每一加熱單元42之加熱件423配合反射鏡片424的設計，能對所述待測樣本5產生最好的加熱效果，而由於透過該磁吸件334用以吸附所述待測樣本5內的磁珠6，使該承載單元33被該載台32帶動移動時，可以避免所述待測樣本5偏離或是移位，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧外殼

21‧‧‧基座

22‧‧‧側壁

23‧‧‧移動空間

3‧‧‧移動裝置

31‧‧‧動力源

32‧‧‧載台

33‧‧‧承載單元

330‧‧‧開口

331‧‧‧盒體

332‧‧‧蓋體

333‧‧‧濾光片

334‧‧‧磁吸件

335‧‧‧承載盤

336‧‧‧容置部

4‧‧‧加熱裝置

41‧‧‧控制器

42‧‧‧加熱單元

42a~c‧‧‧加熱單元

421‧‧‧圍繞壁

422‧‧‧加熱空間

422a~c‧‧‧加熱空間

423‧‧‧加熱件

423a~c‧‧‧加熱件

424‧‧‧反射鏡片

425‧‧‧彎弧段

426‧‧‧直立段

5‧‧‧待測樣本

6‧‧‧磁珠

7‧‧‧礦物油

X‧‧‧移動方向

圖1是一立體圖，說明本發明液滴型高通量熱循環系統之較佳實施例；圖2是一側視圖，輔助說明圖1；及圖3是一局部立體分解圖，說明一移動裝置之承載單元的細部結構。

2‧‧‧外殼

21‧‧‧基座

22‧‧‧側壁

23‧‧‧移動空間

3‧‧‧移動裝置

31‧‧‧動力源

32‧‧‧載台

33‧‧‧承載單元

331‧‧‧盒體

332‧‧‧蓋體

333‧‧‧濾光片

4‧‧‧加熱裝置

41‧‧‧控制器

42‧‧‧加熱單元

421‧‧‧圍繞壁

422‧‧‧加熱空間

423‧‧‧加熱件

424‧‧‧反射鏡片

425‧‧‧彎弧段

426‧‧‧直立段

X‧‧‧移動方向

Claims (5)

1. 一種液滴型高通量熱循環系統，供容放並加熱混合有多數磁珠且呈液滴狀的待測樣本，該液滴型高通量熱循環系統包含：一外殼，圍繞界定出一移動空間；一移動裝置，包括一動力源、一受該動力源驅動而於該移動空間內往復移動的載台，及一設置於該載台上而隨該載台移動的承載單元，其中，該承載單元具有一設置於該載台上的盒體、一可拆離地蓋設於該盒體上且形成有一開口的蓋體、一嵌設於該蓋體之開口的濾光片、一設置於該盒體內的磁吸件，及一置放於該磁吸件上且對應該濾光片位置的承載盤，該承載盤具有多個用以容放待測樣本的容置部；及一加熱裝置，包括一控制器，及三個分別電連接於該控制器且設置於該外殼的移動空間內的加熱單元，所述加熱單元是位於該移動裝置的上方而用以加熱該承載單元，其中，每一加熱單元具有一圍繞壁、一由該圍繞壁所圍繞界定的加熱空間、一固設於該圍繞壁上且電連接於該控制器而用以加熱該加熱空間的加熱件，及兩個間隔貼設於該圍繞壁上並用以反射該加熱件之光線的反射鏡片。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之液滴型高通量熱循環系統，其中，該外殼包括一基座，及兩個對應地設置於該基座兩側的側壁，該移動空間是由該基座與該二側壁共 同界定，而該移動裝置的動力源是設置於該基座內。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之液滴型高通量熱循環系統，其中，每一加熱單元的圍繞壁是連接於該二側壁之間且截面呈倒U形。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之液滴型高通量熱循環系統，其中，每一加熱單元的圍繞壁具有一彎弧段，及二由該彎弧段兩端向下延伸的直立段，而每一加熱單元的該二反射鏡片是貼設於該二直立段上。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之液滴型高通量熱循環系統，其中，每一加熱單元的加熱件為紅外線燈管。