TWI472613B - 溫控裝置 - Google Patents

Description

溫控裝置

　　本發明是關於一種溫控裝置，特別是一種可用於聚合酶連鎖反應(Polymerase chain reaction)的溫控裝置。

　　在聚合酶連鎖反應中，不但對於欲複製之DNA片段需進行升溫及降溫的動作，更須使檢體在不同的特定反應溫度下維持一定時間，以完成DNA片段之變性反應(Denaturation)、退火反應(Annealing)及延伸反應(Extension)，請參閱第7圖，為一種習知聚合酶連鎖反應之溫度設定裝置300，其具有一密閉殼體310、一固定架320及一加熱器330，該固定架320及該加熱器330位於該密閉殼體310中，複數個容置有混合液的試管400設置於該固定架320，並由該加熱器330對各該試管400之底部加熱，藉由熱循環原理，使混和液在該試管400中的底部及頂部等不同位置具有不同溫度，藉此進行聚合酶連鎖反應(PCR)，然該加熱器330對該些試管400之底部進行加熱，依通常知識，容置在該試管400中的混合液會因該加熱器330加熱而產生熱對流，而導致無法控制該混合液的反應溫度，因此無法完成聚合酶連鎖反應。

　　本發明的主要目的在於提供一種溫控裝置，藉由該溫控裝置的旋轉載盤承載複數個檢體，使檢體可依續在基座之升溫區域及降溫區域循環移動，並藉由該些檢體通過該升溫區域及該降溫區域，使該些檢體可在該檢體溫度的循環溫控裝置中循環進行升溫、持溫及降溫等溫控反應。
　　本發明之一種溫控裝置用以改變複數個檢體的溫度，該溫控裝置包含一基座、一旋轉載盤及一第一溫控單元，該基座具有一升溫區域及一降溫區域，該升溫區域具有一第一增溫區及一第一持溫區，該第一增溫區位於該第一持溫區及該降溫區域之間，該旋轉載盤具有一第一表面及一第二表面，該第二表面朝向該基座，該第二表面至該第一增溫區之空間為一第一增溫空間，該第二表面至該第一持溫區之空間為一第一持溫空間，該旋轉載盤用以承載該些檢體，該第一溫控單元具有一第一升溫元件，該第一升溫元件用以對通過該第一增溫空間之該些檢體加溫，使該些檢體溫度升溫至一第一反應溫度，該第一持溫空間用以使通過該第一持溫空間的該些檢體溫度維持在該第一反應溫度，本發明藉由該旋轉載盤承載該些檢體，以使該些檢體被帶動並依續該升溫區域及該降溫區域循環移動，並藉由該些檢體通過該升溫區域及該降溫區域，使該些檢體的溫度在不同區域產生升溫、持溫及降溫變化，該些檢體可在該檢體溫度的循環溫控裝置中循環進行升溫、持溫及降溫等溫控反應。

　　請參閱第1、2及3圖，為本發明之一種實施例，一種溫控裝置100用以控制複數個檢體200的反應溫度，該溫控裝置100包含一基座110、一旋轉載盤120、一第一溫控單元130、一第二溫控單元140、一第三溫控單元150及一驅動元件160，該旋轉載盤120用以承載該些檢體200，該驅動元件160連接該旋轉載盤120，且該驅動元件160帶動該旋轉載盤120轉動，該基座110具有一上表面111、一下表面112、一升溫區域A及一降溫區域B，在本實施例中，該升溫區域A及該降溫區域B位於該上表面111及該下表面112之間，或者在另一實施例中，該升溫區域A及該降溫區域B位於該上表面111，或者在不同實施例中，該升溫區域A及該降溫區域B位於該下表面112，該上表面111朝向該旋轉載盤120，該升溫區域A具有一第一增溫區A1、一第一持溫區A2、一第二增溫區A3及一第三持溫區A4，該降溫區域B具有一散熱區B1及一第二持溫區B2，該第一持溫區A2位於該第一增溫區A1及該降溫區域B之間，該散熱區B1位於該第二持溫區B2及該第一持溫區A2之間，該第二增溫區A3位於該第二持溫區B2及該第三持溫區A4之間，該第三持溫區A4位於該第二增溫區A3及該第一增溫區A1之間，該旋轉載盤120具有一第一表面121、一第二表面122及複數個容置孔123，該第二表面122朝向該基座110，該些容置孔123連通該第一表面121及該第二表面122，各該檢體200分別容置於各該容置孔123。請參閱第3、4及6圖，該第二表面122至該第一增溫區A1之空間為一第一增溫空間S11，該第二表面122至該第一持溫區A2之空間為一第一持溫空間S12，請參閱第3、4及5圖，該旋轉載盤120之該第二表面122至該散熱區B1之空間為一降溫空間S21，該旋轉載盤120之該第二表面122至該第二持溫區B2之空間為一第二持溫空間S22，請參閱第3、5及6圖，該旋轉載盤120之該第二表面122至該第二增溫區A3之空間為一第二增溫空間S31，該旋轉載盤120之該第二表面122至該第三持溫區A4之空間為一第三持溫空間S32，在本實施例中，該些檢體200隨著該旋轉載盤120同步旋轉，且各該檢體200凸出於該載盤120之該第二表面122，使該些檢體200可於該第一增溫空間S11、該第一持溫空間S12、該降溫空間S21、該第二持溫空間S22、該第二增溫空間S31及該第三持溫空間S32循環移動，使該些檢體200的溫度在不同空間產生升溫、持溫及降溫變化，以完成聚合酶連鎖反應(PCR)。
　　請參閱第2、4及6圖，該第一溫控單元130具有一第一升溫元件131、一第一持溫元件132及一第一導熱部133，該第一升溫元件131用以對通過該第一增溫空間S11之該些檢體200加溫，使該些檢體200的溫度升溫至一第一反應溫度，在本實施例中，該第一升溫元件131為一紅外線輻射源，以熱輻射對該些檢體200加溫，該第一反應溫度介於90℃至95℃之間，或於其他實施例中，該第一升溫元件131是以熱對流或熱傳導的方式對該些檢體200加溫，該第一持溫元件132設置於該第一持溫空間S12，較佳的，該基座110具有一環形凹槽113，該環形凹槽113凹設於基座110之該上表面111，該第一持溫元件132容置於該基座110之該環形凹槽113中，或另一實施例中，該第一持溫元件132與該基座110為一體成形，該第一持溫元件132用以使通過該第一持溫空間S12之該些檢體200的溫度維持在該第一反應溫度，較佳的，該第一持溫元件132具有一第一凹槽132a，該些檢體200通過該第一凹槽132a，該第一導熱部133形成於該第一持溫元件132，且該第一導熱部133位於該第一增溫空間S11，該第一導熱部133將該第一增溫空間S11的該第一反應溫度傳導至該第一持溫元件132，使該第一持溫元件131之該第一凹槽132a可用以維持通過該第一凹槽132a之該些檢體200的溫度，使該些檢體200的溫度維持在　90℃至95℃之間。
　　請參閱第2、4及5圖，該第二溫控單元140具有一降溫元件141、一第二持溫元件142及一第二導熱部143，該降溫元件140用以對通過該降溫空間S21之該些檢體200降溫，使該些檢體200溫度由該第一反應溫度降溫至一第二反應溫度，在本實施例中，該降溫元件141為一氣冷裝置，以該氣冷裝置產生之氣流對該些檢體200降溫，在其他應用上，該降溫元件141亦可為熱電致冷晶片(Thermoelectric Cooling Module)，在本實施例中，該第二反應溫度介於50℃至65℃之間，該第二持溫元件142設置於該第二持溫空間S22，該第二持溫元件142容置於該基座110之該環形凹槽113中，或另一實施例中，該第二持溫元件142與該基座110為一體成形，該第二持溫元件142用以使通過該第二持溫空間S22之該些檢體200的溫度維持在該第二反應溫度，較佳的，該第二持溫元件142具有一第二凹槽142a，該第二凹槽142a連通該降溫空間S21及該第一增溫空間S11，該些檢體200通過該第二凹槽142a，該第二導熱部143形成於該第二持溫元件142，且該第二導熱部143位於該降溫空間S21，該第二導熱部143將該降溫空間S21的該第二反應溫度傳導至該第二持溫元件142，使該第二持溫元件142之該第二凹槽142a可用以維持通過該第二凹槽142a之該些檢體200的溫度，使該些檢體200的溫度維持在50℃至65℃之間。
　　請參閱第2、5及6圖，該第三溫控單元150具有一第二升溫元件151、一第三持溫元件152及一第三導熱部153，該第二升溫元件151用以對通過該第二增溫空間S31之該些檢體200加溫，使該些檢體200的溫度由該第二反應溫度升溫至一第三反應溫度，在本實施例中，該第一升溫元件151為一紅外線輻射源，以熱輻射對該些檢體200加熱，該第三反應溫度介於70℃至75℃之間，或於其他實施例中，該第一升溫元件131是以熱對流或熱傳導的方式對該些檢體200加熱，該第三持溫元件152設置於該第三持溫空間S32，在本實施例中，該第三持溫元件152容置於該基座110之該環形凹槽113中，或另一實施例中，該第三持溫元件152與該基座110為一體成形，該第三持溫元件152用以使通過該第三持溫空間S32之該些檢體200的溫度維持在該第三反應溫度，較佳的，該第三持溫元件152具有一第三凹槽152a，該第三凹槽152a連通該第二增溫空間S31及該降溫空間S21，該些檢體200通過該第三凹槽152a，該第三導熱部153形成於該第三持溫元件152，且該第三導熱部153位於該第二增溫空間S31，該第三導熱部153將該第二增溫空間S31的該第三反應溫度傳導至該第三持溫元件152，使該第三持溫元件152之該第三凹槽152a可用以維持通過該第三凹槽152a之該些檢體200的溫度，使該些檢體200的溫度維持在70℃至75℃之間。
　　請參閱第3圖，該基座110具有複數個通孔114，各該通孔114分別位於該第一增溫區A1、該第二增溫區A2及該散熱區B1，使該第一升溫元件131及該第二升溫元件151通過各該通孔114對該些檢體200加溫，該降溫元件141通過該通孔114對該些檢體200降溫，各該檢體200通過該第一持溫區A2具有一第一持溫路徑L1，各該檢體200通過該第二持溫區B2具有一第二持溫路徑L2，各該檢體200通過該第三持溫區A4具有一第三持溫路徑L3，該第一升溫元件131、該降溫元件141及該第二升溫元件151分別於各該通孔114中顯露的位置可於該通孔114之一第一端114a及一第二端114b之間移動，以分別改變該第一持溫路徑L1、該第二持溫路徑L2及該第三持溫路徑L3之長度，使該溫控裝置100可於不同的反應需求下，改變該些檢體200於各該反應溫度下的持溫時間。
　　上述為本發明使用於聚合酶連鎖反應(PCR)之實施例，其中增溫區、散熱區及持溫區的配置方式為符合聚合酶連鎖反應的需求，在其他反應的溫度需求下，亦可於該升溫區域A中增加增溫區的配置，或於該降溫區域B中增加散熱區的配置，以符合其他反應之溫度需求。
　　本發明藉由該旋轉載盤120承載該些檢體200，以使該些檢體200被帶動並依續於該升溫區域A及該降溫區域B循環移動，並藉由該些檢體200通過該升溫區域A及該降溫區域B，使該些檢體200的溫度在不同區域產生升溫、持溫及降溫變化，該些檢體200可在該溫控裝置100中循環進行升溫、持溫及降溫等溫控反應。
　　本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

100．．．溫控裝置

110．．．基座

111．．．上表面

112．．．下表面

113．．．環形凹槽

114．．．通孔

114a．．．第一端

114b．．．第二端

120．．．旋轉載盤

121．．．第一表面

122．．．第二表面

123．．．容置孔

130．．．第一溫控單元

131．．．第一升溫元件

132．．．第一持溫元件

132a．．．第一凹槽

133．．．第一導熱部

140．．．第二溫控單元

141．．．降溫元件

142．．．第二持溫元件

142a．．．第二凹槽

143．．．第二導熱部

150．．．第三溫控單元

151．．．第二升溫元件

152．．．第三持溫元件

152a．．．第三凹槽

153‧‧‧第三導熱部

160‧‧‧驅動元件

200‧‧‧檢體

300‧‧‧溫度設定裝置

310‧‧‧密閉殼體

320‧‧‧固定架

330‧‧‧加熱器

400‧‧‧試管

A‧‧‧升溫區域

A1‧‧‧第一增溫區

A2‧‧‧第一持溫區

A3‧‧‧第二增溫區

A4‧‧‧第三持溫區

B‧‧‧降溫區域

B1‧‧‧散熱區

B2‧‧‧第二持溫區

S11‧‧‧第一增溫空間

S12‧‧‧第一持溫空間

S21‧‧‧降溫空間

S22‧‧‧第二持溫空間

S31‧‧‧第二增溫空間

S32‧‧‧第三持溫空間

L1‧‧‧第一持溫路徑

L2‧‧‧第二持溫路徑

L3‧‧‧第三持溫路徑

第1圖：依據本發明之一實施例，一溫控裝置之立體圖。
第2圖：依據本發明之一實施例，該溫控裝置之立體分解圖。
第3圖：依據本發明之一實施例，該溫控裝置之俯視圖。
第4圖：沿第3圖之C-C方向，該溫控裝置之剖視圖。
第5圖：沿第3圖之D-D方向，該溫控裝置之剖視圖。
第6圖：沿第3圖之E-E方向，該溫控裝置之剖視圖。
第7圖：習知溫度設定裝置之剖視圖。

100．．．溫控裝置

110．．．基座

111．．．上表面

112．．．下表面

113．．．環形凹槽

114．．．通孔

114a．．．第一端

114b．．．第二端

120．．．旋轉載盤

121．．．第一表面

122．．．第二表面

123．．．容置孔

130．．．第一溫控單元

131．．．第一升溫元件

132．．．第一持溫元件

132a．．．第一凹槽

133．．．第一導熱部

140．．．第二溫控單元

141．．．降溫元件

142．．．第二持溫元件

142a．．．第二凹槽

143．．．第二導熱部

150．．．第三溫控單元

151．．．第二升溫元件

152．．．第三持溫元件

152a．．．第三凹槽

153．．．第三導熱部

160．．．驅動元件

200．．．檢體

Claims (17)

1. 一種溫控裝置，其用以改變複數個檢體的溫度，該溫控裝置包含：一基座，其具有一通孔、一升溫區域及一降溫區域，該升溫區域具有一第一增溫區及一第一持溫區，該第一持溫區位於該第一增溫區及該降溫區域之間，該通孔位於該第一增溫區，該通孔具有一第一端及一第二端，該些檢體通過該第一持溫區具有一第一持溫路徑；一旋轉載盤，其具有一第一表面及一第二表面，該第二表面朝向該基座，該第二表面至該第一增溫區之空間為一第一增溫空間，該第二表面至該第一持溫區之空間為一第一持溫空間，該旋轉載盤用以承載該些檢體；以及一第一溫控單元，其具有一第一升溫元件，且該第一升溫元件為一紅外線輻射源，該第一升溫元件用以對通過該第一增溫空間之該些檢體加溫，且該第一升溫元件通過該通孔對該些檢體加溫，使該些檢體溫度升溫至一第一反應溫度，其中該第一升溫元件於該通孔中顯露的位置可於該第一端及該第二端之間移動，以改變該第一持溫路徑之長度，該第一持溫空間用以使通過該第一持溫空間的該些檢體溫度維持在該第一反應溫度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之溫控裝置，其中該第一溫控單元具有一第一持溫元件，該第一持溫元件設置於該第一持溫空間中，該第一持溫元件用以使通過該第一持溫空間之該些檢體溫度維持在該第一反應溫度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之溫控裝置，其另具有一第二 溫控單元，該降溫區域具有一散熱區及一第二持溫區，該第二持溫區位於該散熱區及該第一持溫區之間，該旋轉載盤之該第二表面至該散熱區之空間為一降溫空間，該旋轉載盤之該第二表面至該第二持溫區之空間為一第二持溫空間，該第二溫控單元具有一降溫元件，該降溫元件用以對通過該降溫空間之該些檢體降溫，使該些檢體溫度由該第一反應溫度降溫至一第二反應溫度，該第二持溫空間用以使通過該第二持溫空間的該些檢體溫度維持在該第二反應溫度。
4. 如申請專利範圍第3項所述之溫控裝置，其中該第二溫控單元具有一第二持溫元件，該第二持溫元件設置於該第二持溫空間，該第二持溫元件用以使通過該第二持溫空間之該些檢體溫度維持在該第二反應溫度。
5. 如申請專利範圍第3項所述之溫控裝置，其另包含有一第三溫控單元，該升溫區域另具有一第二增溫區及一第三持溫區，該第二增溫區位於該第二持溫區及該第三持溫區之間，該第三持溫區位於該第二增溫區及該第一稱溫區之間，該旋轉載盤之該第二表面至該第二增溫區之空間為一第二增溫空間，該旋轉載盤之該第二表面至該第三持溫區之空間為一第三持溫空間，該第三溫控單元具有一第二升溫元件，該第二升溫元件用以對通過該第二增溫空間之該些檢體加溫，使該些檢體溫度由該第二反應溫度升溫至一第三反應溫度，該第三持溫空間用以使通過該第三持溫空間的該些檢體溫度維持在該第三反應溫度。
6. 如申請專利範圍第5項所述之溫控裝置，其中該第三溫控單元具有一第三持溫元件，該第三持溫元件設置於該第三 持溫空間，該第三持溫元件用以使通過該第三持溫空間之該些檢體溫度維持在該第三反應溫度。
7. 如申請專利範圍第2項所述之溫控裝置，其中該第一持溫元件具有一第一凹槽，該些檢體通過該第一凹槽。
8. 如申請專利範圍第4項所述之溫控裝置，其中該第二持溫元件具有一第二凹槽，該第二凹槽連通該降溫空間及該第一增溫空間，該些檢體通過該第二凹槽，該第二凹槽用以維持通過該第二凹槽之該些檢體的溫度。
9. 如申請專利範圍第6項所述之溫控裝置，其中該第三持溫元件具有一第三凹槽該第三凹槽連通該第二增溫空間及該降溫空間，該些檢體通過該第三凹槽，該第三凹槽用以維持通過該第三凹槽之該些檢體的溫度。
10. 如申請專利範圍第2項所述之溫控裝置，其中該第一溫控單元另具有一第一導熱部，該第一導熱部形成於該第一持溫元件，且該第一導熱部位於該第一增溫空間。
11. 如申請專利範圍第3項所述之溫控裝置，其中該第二溫控單元另具有一第二導熱部，該第二導熱部形成於該第二持溫元件，且該第二導熱部位於該降溫空間。
12. 如申請專利範圍第6項所述之溫控裝置，其中該第三溫控單元另具有一第三導熱部，該第三導熱部形成於該第三持溫元件，且該第三導熱部位於該第二增溫空間。
13. 如申請專利範圍第2項所述之溫控裝置，其中該基座具有一上表面、一下表面及一環形凹槽，該上表面朝向該旋轉載盤，該環形凹槽凹設於該上表面，該第一持溫元件容置於該環形凹槽中。
14. 如申請專利範圍第1項所述之溫控裝置，其中另包含有一 驅動元件，該驅動元件連接該旋轉載盤，且該驅動元件帶動該旋轉載盤轉動。
15. 如申請專利範圍第3項所述之溫控裝置，其中該降溫元件為一氣冷裝置，該基座具有具有一通孔，該通孔位於該散熱區以使該降溫元件通過該通孔對該些檢體降溫。
16. 如申請專利範圍第15項所述之溫控裝置，其中該通孔具有一第一端及一第二端，各該檢體通過該第二持溫區具有一第二持溫路徑，該降溫元件於該通孔中顯露的位置可於該第一端及該第二端之間移動，以改變該第二持溫路徑之長度。
17. 如申請專利範圍第1項所述之溫控裝置，其中該旋轉載盤具有複數個容置孔，該些容置孔連通該第一表面及該第二表面，各該檢體分別容置於各該容置孔。