TWI620597B - 聲波均質模組及生物樣本製備系統 - Google Patents

Abstract

在此揭示一種聲波均質模組和含該聲波均質模組的生 物樣本製備系統。所述聲波均質模組包括套管連接件、磁棒、壓電傳導元件和驅動器。所述套管連接件具一容置部和一穿設部。所述磁棒用以穿設套管連接件的穿設部。壓電傳導元件設於套管連接件的容置部。驅動器與壓電傳導元件電性耦接，使壓電傳導元件以100千赫茲至1兆赫茲的頻率震動。

Description

聲波均質模組及生物樣本製備系統

本發明是有關於一種聲波均質模組，且特別是有關於一種供自動化生物樣本製備系統使用的聲波均質模組。

市面上有多種用以製備生物樣本(如，核酸)的設備，特別是基於磁珠技術平台而開發的生物樣本製備系統。一般的生物樣本製備系統，例如自動化核酸萃取設備，主要是利用攪拌套管以上下擺動的方式，擾動混合生物樣本，但需要注意的是，此一攪拌方式對樣本槽中的生物樣本擾動程度較大，使得鄰近樣本間容易因樣本飛濺造成交叉污染，進而產生誤判。同時，為了避免攪動過程因液面起伏使樣本溢出，習知生物樣本製備系統必須使用更大體積的樣本槽，也使得設備體積無法縮小。

有鑑於此，為了避免交叉污染的產生，提升生物樣本設備的製備效能，本領域亟需一種改良的聲波均質模組，以改善先前技術的不足。

發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。

本發明之一態樣係有關於一種聲波均質模組，整合聲波和/或超聲波技術於高頻進行生物樣本攪拌，達到充分混合樣本且避免交叉污染發生之目的。

依據本發明一實施方式，所述聲波均質模組是用以搭配一生物樣本製備系統使用。在結構上，所述聲波均質模組包含套管連接件、磁棒、壓電傳導元件和驅動器。所述套管連接件含一容置部和一穿設部。磁棒用以穿設套管連接件的穿設部，壓電傳導元件設於套管連接件的容置部；以及驅動器與壓電傳導元件電性耦接，使該壓電傳導元件發出超聲波震動。在一具體的實施方式中，以一100千赫茲(KHz)-1兆赫茲(MHz)的頻率震動。

依據本發明另一實施方式，所述聲波均質模組，更包含一震動馬達設於容置部中，且與所述驅動器相鄰。

依據本發明一具體的實施方式，所述驅動器設於套管連接件的容置部。

依據本發明另一實施方式，所述聲波均質模組更包含一試驗套管，其上端與套管連接件穿設部下方套接，且其中壓電傳導元件所產生震動可藉由試驗套管傳導至生物樣本中。

在本發明一實施方式中，所述磁棒可穿設於試驗套管中。

在本發明另一實施方式中，所述壓電傳導元件設於容置部的底部且鄰近穿設部。在本發明又一實施方式中，所述壓電傳導元件設於該容置部的底部且環繞穿設部設置。

本發明另一態樣係關於一種生物樣本製備系統，其包含上述任一實施方式所述之聲波均質模組；以及一位移模組，與聲波均質模組的驅動器電性耦接，並用以移動聲波均質模組。

依據本發明一實施方式，所述生物樣本製備系統更包含一試驗套管，其上端與套管連接件的穿設部下方套接。再者，所述生物樣本製備系統可更包含一樣本槽，其中樣本槽 包含多個容置空間，且其中位移模組用以移動該聲波均質模組的試驗套管於該些容置空間中，進行均質攪拌。

在參閱下文實施方式後，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易瞭解本發明之基本精神及其他發明目的，以及本發明所採用之技術手段與實施態樣。

主要元件符號列示如下：

100、200、300‧‧‧聲波均質模組

110、210、310‧‧‧套管連接件

112、212、312‧‧‧容置部

114、214、314‧‧‧穿設部

120、220、320‧‧‧磁棒

130、230、330‧‧‧壓電傳導元件

140、340‧‧‧驅動器

150、250、350‧‧‧試驗套管

360‧‧‧震動馬達

500‧‧‧生物樣本製備系統

550‧‧‧電源供應模組

560‧‧‧位移模組

為讓本發明的上述與其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1A圖和第1B圖分別為依據本發明不同實施方式所示之聲波均質模組100；第1C圖為第1B圖中沿著1C-1C’線所示之聲波均質模組100的剖視圖；第2A圖為依據本發明另一實施方式所示之聲波均質模組200的內部配置示意圖；第2B圖為第2A圖中沿著2B-2B’線的剖視圖；第3圖為依據本發明又一實施方式所示之聲波均質模組300；第4圖為依據本發明一實施方式所示之生物樣本製備系統500的硬體配置示意圖；以及 第5圖為本發明聲波均質模組100的使用示意圖。

根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本發明相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號來指稱相似的元件/部件。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。實施方式中涵蓋了多個具體實施例的特徵以及用以建構與操作這些具體實施例的方法步驟與其順序。然而，亦可利用其他具體實施例來達成相同或均等的功能與步驟順序。

雖然用以界定本發明較廣範圍的數值範圍與參數皆是約略的數值，此處已儘可能精確地呈現具體實施例中的相關數值。然而，任何數值本質上不可避免地含有因個別測試方法所致的標準偏差。在此處，「約」通常係指實際數值在一特定數值或範圍的正負10%、5%、1%或0.5%之內。或者是，「約」一詞代表實際數值落在平均值的可接受標準誤差之內，視本發明所屬技術領域中具有通常知識者的考量而定。除了實 驗例之外，或除非另有明確的說明，當可理解此處所用的所有範圍、數量、數值與百分比(例如用以描述材料用量、時間長短、溫度、操作條件、數量比例及其他相似者)均經過「約」的修飾。因此，除非另有相反的說明，本說明書與附隨申請專利範圍所揭示的數值參數皆為約略的數值，且可視需求而更動。至少應將這些數值參數理解為所指出的有效位數與套用一般進位法所得到的數值。

所述「聲波」一詞，涵蓋聲波和/或超聲波的頻率範圍。

在此所述「分子」是指生物樣本內的核酸分子和/或蛋白質分子。

所述「生物樣本」一詞，是指適用於本發明聲波均質模組和/或生物樣本製備系統處理的生物性樣本，例如，用以供核酸萃取的生物性樣本，如，血液、體液、動物組織、植物組織，以及真核和/或原核細胞。

在本文中「生物樣本製備系統」一詞是指市面上用以處理上述生物樣本的自動化製備設備，尤其是採用磁珠技術平台的自動化核酸萃取設備。

除非本說明書另有定義，此處所用的科學與技術詞彙之含義與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解與慣用的意義相同。此外，在不和上下文衝突的情形下，本說明 書所用的單數名詞涵蓋該名詞的複數型；而所用的複數名詞時亦涵蓋該名詞的單數型。

目前市面上的自動化核酸萃取設備主要採用磁珠技術來萃取核酸，其係利用磁棒上、下攪動樣本槽內的生物樣本使核酸釋出；然而，此一利用磁棒上、下攪動的方式容易使樣本槽內的液體飛濺，導致樣本間交叉污染，嚴重時甚至會影響檢驗結果的正確性。再者，此種上、下攪動方式使得在設計樣本槽時，必需將液面起伏程度納入考量，往往會採用較大容量的樣本槽設計，以避免上述液體飛濺情況。

為了解決前述攪拌生物樣本衍生的樣本交叉汙染問題，本案發明人提出一種新穎的聲波均質模組，其採用溫和的攪拌方式，並透過高頻的聲波或超聲波傳導，不僅能降低液面起伏幅度以避免交叉污染的發生，更能夠讓樣本中磁珠懸浮，提升磁珠碰撞頻率，進而提升磁珠捕捉標的物(如，蛋白質或核酸)的效率。

第1A圖和第1B圖為依據本發明不同實施方式所繪示之聲波均質模組100的外觀示意圖，其中第1A圖為分解示意圖，而第1B圖為組裝示意圖。再者，為更清楚得知本發明聲波均質模組100內部每一元件的配置方式，第1C圖為沿著第1B圖上第1C-1C’線所示的剖視圖。

請同時參見第1A圖至第1C圖。在結構上，本發明聲波均質模組100包括套管連接件110、磁棒120、壓電傳導元件130和用以驅動所述壓電傳導元件130的驅動器140(第1C圖)。需要注意的是，本發明聲波均質模組100需搭配生物樣本製備系統(例如，自動化核酸萃取設備)使用，所述聲波均質模組100的套管連接件110和/或磁棒120可與習知生物樣本製備系統的移動裝置(圖中未繪示)耦接，以利操控聲波均質模組100來處理生物樣本，特別是核酸萃取。

如第1C圖所示，在結構上所述套管連接件110本體具有一容置部112和一穿設部114，其中容置部112可與習知的生物樣本製備系統的移動裝置耦接，穿設部114則可容許磁棒120活動地穿設其中。依據某些特定實施方式，所述容置部112上方更設有卡合結構(如，卡槽145)，以與習知生物樣本製備系統的移動裝置耦接。所屬技術領域具有通常知識者應當可以理解，本發明套管連接件110與移動裝置(圖中未繪示)的構型，可依據實際使用狀況及其通常經驗修改使套管連接件110可與移動裝置彼此卡合。

此外，為解決先前技術造成生物樣本交叉汙染的問題並提供最佳的聲波傳導效率，本發明聲波均質模組100將驅動器140和壓電傳導元件130配置於容置部112下方，其中壓電傳導元件130與驅動器140彼此電性耦接，並透過驅動器140驅 動壓電傳導元件130，使其產生聲波和/或超聲波的震動頻率，來擾動生物樣本。依據一具體實施方式中，本發明聲波均質模組100可產生介於100KHz-1,000KHz(即，1MHz)的震動頻率，例如，100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900、910、920、930、940、950、960、970、980、990和1,000KHz。

依據某些實施方式，本發明聲波均質模組100還額外設有一試驗套管150，套接在套管連接件110的穿設部114下方，用以接觸生物樣本。在實際使用的過程中，所述壓電傳導元件130所產生的聲波或超聲波可藉由套管連接件110再經由試驗套管150傳導至生物樣本中，擾動生物樣本內的磁珠和/或分子。

如第1C圖所示，所述壓電傳導元件130設於套管連接件110之容置部112底部，且與穿設部114相鄰。需要注意的是，所述壓電傳導元件130並未直接接觸磁棒120。

本發明聲波均質模組100藉由此一結構的配置，利用設置於套管連接件110內的壓電傳導元件130提供震動源至相鄰的試驗套管150，再由試驗套管150的上方傳導至生物樣本中；此一方式不僅讓聲波均質模組100能夠藉由容置部112緊固於生物樣本製備系統的移動裝置上，使其不易滑脫，且亦可有效攪拌生物樣本，避免樣本間液體飛濺。再者，將震動源(即，驅動器140和壓電傳導元件130)設於套管連接件110內，使得本發明聲波均質模組100具高機動性，能夠適用多種不同構造形狀的樣本槽，將聲波和/或超聲波有效傳導至樣本槽中，達到混合的效果，此為本發明優勢之一。

第2A圖為依據本發明另一實施方式所繪示之聲波均質模組200的內部配置示意圖；以及第2B圖為第2A圖中沿著2B-2B’線的剖視圖。此實施方式的聲波均質模組200的元件原則上與聲波均質模組100大致相同，因此，相同元件在此不另贅述。本聲波均質模組200的壓電傳導元件230和驅動器240同樣設於套管連接件210之容置部212的底部，但係環繞穿設部214設置，以增加壓電傳導元件230與套管連接件210的接觸面 積，藉以提升震動效率。此外，同上述實施方式，所述磁棒220可穿設部214中，且壓電傳導元件230並未直接接觸磁棒220。

第3圖為依據本發明又一實施方式所繪示之聲波均質模組300。在此實施方式中，所述聲波均質模組300整合二種震動技術，即，震動馬達和聲波震動模組，以提供不同強度的震幅，來萃取生物樣本中的核酸。如圖所示，本聲波均質模組300設有套管連接件310、磁棒320、壓電傳導元件330、驅動器340、試驗套管350和震動馬達360。所述套管連接件310與上述實施方式所示之套管連接件110結構相同，設有一容置部312和一穿設部314，聲波震動模組是由驅動器340和壓電傳導元件330所組成。所述容置部312內部裝載有驅動器340、震動馬達360和壓電傳導元件330，所述壓電傳導元件330設於容置部312底部並與壓電傳導元件330電性耦接，所述震動馬達360和驅動器340彼此相鄰。於實際使用的過程中，可依據樣本處理的目的，選擇特定的震動模組，即，震動馬達或聲波震動模組。本發明所屬技術領域具有通常知識者應當可以理解，可依據實際使用狀況來調整所述驅動器340和震動馬達360元件的配置方式；此外，所述驅動器340亦可設於套管連接件310外。

第4圖為依據本發明一實施方式所示之生物樣本製備系統500的硬體配置示意圖。所述生物樣本製備系統500包括一電源供應模組550、位移模組560和至少一聲波均質模組 100。在此實施方式中，所述聲波均質模組100為第1A圖至1C圖所示之聲波均質模組100。

具體而言，本發明的生物樣本製備系統500電源供應模組550與位移模組560和聲波均質模組100的耦接，用以提供本設備各構件驅動時所需之能源(第4圖)，且所述位移模組560為自動化機械手臂，能帶動本發明聲波均質模組110於三維空間中橫向和/或縱向移動。再者，所述位移模組560可設有磁吸升降模組(圖中未繪示)用以驅動磁棒120上、下線性移動。

請同時參見第1A、1B、4和5圖，在較佳的實施方式中，本發明的生物樣本製備系統500為一全自動化核酸萃取(例如，核醣核酸(ribose nucleic acid；RNA)或去氧核醣核酸(deoxyribose nucleic acid；DNA))系統，能夠有效製備高純度的核酸產物。

生物樣本製備系統500過程中(例如，核酸萃取過程)，通常需搭配試驗套管150處理生物樣本，避免樣本間交叉污染的情況發生。在一較佳的實施方式中，試驗套管150為拋棄式的物件。

再者，本生物樣本製備系統500可更包含一樣本槽580，且樣本槽580上設有複數個容置空間582。本發明技術領域具有通常知識者應當可以理解，可依據生物樣本製備的目的於樣本槽複數個容置空間中，填充所需的試劑，例如，磁珠、 裂解緩衝液(lysis buffer)、結合緩衝液(binding buffer)、沖洗緩衝液(wash buffer)和/或沖提緩衝液(elute buffer)。

於樣本實際處理的過程，位移模組560(即，自動化機械手臂)能準確地帶動裝設有試驗套管150的聲波均質模組100於樣本槽中多個容置空間移動，並伸入至容置空間中進行磁吸或混合。需要注意的是本發明的聲波均質模組100是利用震動馬達和/或超聲波達到均質化擾動樣本內的磁珠和/或核酸分子的技術功效，而非利用先前技術藉由位移模組560驅使攪拌棒(相當於試驗套管)上下移動進行混合，本發明所提出的技術手段能夠有效降低樣本槽容置空間的體積，亦可降低發生交叉污染的風險。如第5圖所示，本發明聲波均質模組100將壓電傳導元件130所發出的震波藉由試驗套管150傳導至容置空間582內的生物樣本中，使生物樣本中的磁珠584懸浮，增加彼此之間的碰撞頻率，能夠有效提升核酸萃取效率。

另外，於磁吸的過程，能夠藉由位移模組560將該些磁棒120通過穿設部114進入至試驗套管150內進行樣本磁吸，當磁棒120藉由位移模組560向上移動離開所述試驗套管150時，則不進行磁吸，本領域所述技術領域中具有通常知識者可依據磁珠萃取核酸的步驟，加以配置本生物樣本製備系統500中位移模組560、磁吸升降模組570和複數個聲波均質模組100各構件的作動及配置方式。

此外，為了同時處理多個生物樣本，本發明的生物樣本製備系統500可設有複數個彼此並排的聲波均質模組100，且各該模組與位移模組560耦接，以提升製備效率。

雖然上文實施方式中揭露了本發明的具體實施例，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不悖離本發明之原理與精神的情形下，當可對其進行各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當以附隨申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種聲波均質模組，用以處理一生物樣本，包含：一套管連接件，包含一容置部及一穿設部；一磁棒，用以穿設該套管連接件的穿設部；一壓電傳導元件，設於該套管連接件的容置部；一驅動器，與該壓電傳導元件電性耦接，使該壓電傳導元件發出聲波震動；以及一試驗套管，其上端與該套管連接件的穿設部下方套接，且其中該壓電傳導元件所產生的震動，可藉由該試驗套管傳導至該生物樣本中。
2. 如請求項1所述聲波均質模組，其中該震動的頻率為100千赫茲至1兆赫茲。
3. 如請求項1所述之聲波均質模組，更包含一震動馬達，設於該容置部，且與該驅動器相鄰。
4. 如請求項1所述之聲波均質模組，其中該驅動器設於該套管連接件的容置部。
5. 如請求項1所述之聲波均質模組，其中該磁棒可穿設於該試驗套管中。
6. 如請求項1所述之聲波均質模組，其中該壓電傳導元件設於該容置部的底部且鄰近該穿設部。
7. 如請求項1所述之聲波均質模組，其中該壓電傳導元件設於該容置部的底部且環繞該穿設部設置。
8. 一種生物樣本製備系統，包含：如請求項1所述之聲波均質模組；以及一位移模組，與該聲波均質模組的驅動器電性耦接，並用以移動該聲波均質模組。
9. 如請求項8所述之生物樣本製備系統，更包含一試驗套管，其上端與該套管連接件的穿設部下方套接，且其中該壓電傳導元件所產生的震動，可藉由該試驗套管傳導至該生物樣本中。
10. 如請求項9所述之生物樣本製備系統，更包含一樣本槽，其中該樣本槽包含多個容置空間，且其中該位移模組用以移動該聲波均質模組的試驗套管於該些容置空間中，進行均質攪拌。