TWI624306B - Heating mechanism of biochemical reaction device - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種生化反應裝置之加熱機構，包括：一導熱本體，該導熱本體包括：至少一容置槽，該容置槽包括一容室及與該容室相連通之一開口；一夾設孔，該夾設孔與該開口相連通，並可供一反應管插設；及至少一導熱塊，該導熱塊係活動地裝設於該容室中，其一端連接有一彈性元件，其相對另一端則設有一抵接部，藉由該彈性元件可使該導熱塊之該抵接部突出於該開口並位於該夾設孔之孔徑中；以及一溫控元件，該溫控元件係與該導熱本體相連接，可加熱並調控該導熱塊之溫度。藉由本發明，待加熱的反應容器可直接且確實地與導熱塊接觸以傳導熱能，因而能迅速且準確地使該反應容器達到所欲反應之溫度，使反應條件具有一致性，而增加反應的準確度。

Description

生化反應裝置之加熱機構

本發明係關於一種加熱裝置，尤其是關於一種生化反應裝裝置中用於加熱或調控反應管溫度之加熱機構。

生化反應裝置，例如：聚合酶鏈鎖反應(PCR)裝置，於進行核酸擴增反應時，必須經歷變性反應(denaturation)、鏈合反應(annealing)與聚合反應(extension)等三個反應步驟的循環，而每個反應步驟都有所設定之最佳反應溫度，例如變性反應的進行通常設定於90~95°C之間，鏈合反應則依引子的不同設定在約35~65°C之間，而聚合反應則設定在適合聚合酶進行反應約72°C的溫度。前述的反應溫度與核酸擴增之結果息息相關，特別是在鏈合反應階段，若係用於檢測某標的核酸時，則其反應狀況更深切影響到檢測之陽性或陰性判斷。因此，反應溫度的準確控制係該等裝置的重要要求之一。

習知利用於聚合酶鏈鎖反應裝置之加熱機構，主要是將裝有反應溶液之反應管分別置入設置有數個孔槽之加熱模塊中，藉由反應管與該加熱模塊內壁之接觸，經由熱傳導方式，達到控制該反應管溫度之目的。然而，因為反應管的型式與規格眾多，使得有些反應管的外壁與加熱模塊孔槽之接觸面不均或不足，容易造成反應管內溶液溫度不均或無法達到所設定溫度之問題，使得其反應效率或擴增產物之產率降低，而當利用於檢測特定標的核酸序列時，也會引響到結果判讀之準確性。

為了解決上述問題，有於該孔槽中加入礦物油，以填補反應管與孔槽間之空隙以提高熱傳導效率，然而礦物油之加入，容易造成樣本的汙染，並造成機械清潔維護的困難，更重要的是，礦物油本身也會吸熱、放熱，於孔槽中加入不同體積之礦物油後，各孔槽間或甚至整體，也常有溫度與設定值有所差異的現象。此外，加熱模塊的體積龐大，加熱散熱需要較久時間，也增加了整體所需之反應時間。

本發明目的之一在於提供一種能夠方便將待加熱的反應容器置入且能輕易加以限位之生化反應裝置之加熱機構，藉由本發明之加熱機構，僅需對反應容器施以一推力，即可輕易使該反應容器夾設並固定於該加熱機構中，且無須刻意調整反應容器之置放位置，即可讓該反應容器因為導熱塊的夾固而皆能接受到熱傳導而加熱。

本發的另一目的在於提供一種能夠精確調控溫度之生化反應之加熱機構，藉由本發明之加熱機構，導熱塊可緊密且直接與反應容器相接觸以進行熱傳導，使反應容器內之溶液可確實達到所設定之溫度，因而可讓各反應容器的加熱條件一致，使其不但能因導熱迅速使反應更有效率外，更能使反應結果的再現性或/與準確率獲得提升。

本發明的另一目的則在於提供一種可縮小生化反應裝置體積的加熱機構，藉由本發明體積小且精簡之加熱機構，達到相同的熱傳導目的，卻可縮小整體裝置所需之體積與空間。且由於體積精簡，在維修更換上也更為便利。

本發明之再一目的在於提供一種能夠縮短反應時間之生化反應裝置之加熱機構，藉由本發明體積小且精簡之加熱機構，縮短加熱與散熱之時間，使得整體反應所需之時間大幅縮短，而可提高反應的工作效率。

為了達成前述的目的，本發明提供一種生化反應裝置之加熱機構，包括：一導熱本體，該導熱本體包括：至少一容置槽，該容置槽包括一容室及與該容室相連通之一開口；一夾設孔，該夾設孔與該開口相連通，並可供一反應管插設；及至少一導熱塊，該導熱塊係活動地裝設於該容室中，其一端連接有一彈性元件，其相對另一端則設有一抵接部，藉由該彈性元件可使該導熱塊之該抵接部突出於該開口並位於該夾設孔之孔徑中；以及一溫控元件，該溫控元件係與該導熱本體相連接，可加熱並調控該導熱塊之溫度。

在本發明的一實施例中，所述之生化反應裝置之加熱機構，其進一步包括一反應容器，該反應容器可進一步設有一熱傳導件，於該反應容器由該夾設孔插入該導熱本體時，可藉由該導熱塊的該抵接部的抵頂使該反應容器夾設其中，並使該熱傳導件與該導熱塊相碰觸以傳導熱能。

在本發明的一實施例中，所述之生化反應裝置之加熱機構，其中該容置槽可設有複數個，而該些容置槽所設之各該開口可分布於該夾設孔約270度的圓周範圍內，較佳為180度的圓周範圍內，以對於該反應管進行單邊加熱；該些容置槽及其所設之各該開口也可平均地間隔分布於該夾設孔之圓周上，而可對該反應管外緣均勻加熱。

在本發明的一實施例中，所述之生化反應裝置之加熱機構，其中該溫控元件係舖設連接於該導熱本體之表面，該溫控元件並設有一第一穿孔，該第一穿孔與該夾設孔係相貫穿連通。

在本發明的一實施例中，所述之生化反應裝置之加熱機構，其中該導熱塊之該抵接部係呈球面狀，此時該導熱塊可為一橢圓體、球體、半橢圓體或半球體。

在本發明一實施例的一態樣中，所述之該抵接部亦可呈圓弧面狀。在本發明一實施例的另一態樣中，所述之該抵接部於供該反應管插入端係呈斜面狀。

在本發明的一實施例中，所述之生化反應裝置之加熱機構，其中該導熱本體進一步於該容置槽上設有一嵌槽，於該嵌槽中裝設有一限位件，該限位件並設有一第二穿孔，該第二穿孔與該第一穿孔、該夾設孔係相貫穿連通。

藉由本發明精簡的導熱本體，欲進行生化反應的反應容器可輕易置入夾設孔而被導熱塊夾設其中，一方面可藉其固定反應容器，另一方面則可確保反應容器與各導熱塊之直接接觸，避免習知機構因為置放時偏移，使反應容器部分外緣未能與導熱塊接觸之缺失，因此不但可使反應容器與導熱塊接觸之部位加熱均勻，更可確保每次加熱反應條件之一致性，使生化反應具再現性，而具有更精確之反應結果。此外，由於本發明中，反應容器係以插入夾設的方式設置，因此無須如習知機構須配合反應容器形狀設置相對應形狀之加熱件或加熱模塊，故在製造反應容器或加熱裝置時可擴大所允許的公差範圍，因而可降低製造成本。再一方面，因為導熱塊的接觸確實，熱能可快速且精確的傳導至反應容器，因此反應管內的溶液能夠準確地在所設定的溫度下進行反應，因而也可進一步達到反應效率提升以及反應準確率提升的目的。

以下將進一步說明本發明的實施方式，下述所列舉的實施例係用以闡明本發明，並非用以限定本發明之範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此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。

請參閱圖1，該圖係本發明加熱機構實施例之分解示意圖。本發明生化反應裝置之加熱機構，包括一導熱本體10與一溫控元件20，溫控元件20係與該導熱本體10相連接設置，用以傳導並調控導熱本體10之溫度變化。為方便組設，可於導熱本體10上開設一嵌槽101，再藉由一限位件30裝設其中，使導熱本體10中相關元件限位在導熱本體10中。導熱本體10所設之夾設孔12、溫控元件20所設之第一穿孔21以及限位件30所設之第二穿孔31係相貫穿連通，藉以使一反應容器40(請參見圖5)得穿越後夾設其中。反應容器之形狀、長短、內徑大小並未設有特別的限制，可依據反應溶液的體積以及相應之加熱機構之形狀設置，較佳可為呈管狀之容器，如本實施例中之反應管40，而管狀則可為圓管、多邊形管等，同樣未設有特別的限制。

請再同時參閱圖2，該圖係本發明加熱機構實施例中導熱本體之立體示意圖。導熱本體10之結構形狀並未設有特別的限制，可依裝置需求、反應管大小以及溫控元件等加以配合調整。導熱本體10內設有一夾設孔12供該反應管40插設，該夾設孔12可為一穿孔或一盲孔，得為該反應管40穿越並夾設其中即可。此外，導熱本體10內設置至少一容置槽11，每一容置槽11並包括一裝設導熱塊13之容室112，容室112延伸連通有一開口111，該開口111並與該夾設孔12相連通。

請同時參閱圖2與圖3，圖3係本發明加熱機構實施例中導熱本體之上視示意圖。導熱塊13設置時係以可活動方式置入容室112中，其一端可連接一彈性元件14，藉由該彈性元件14之彈力推抵，使該導熱塊13往開口111方向抵頂，並使該導熱塊13所設之抵接部131外露突出於出開口111，而位於該夾設孔12之孔徑中。因此，開口111所設之大小需可讓該抵接部131外露，但使導熱塊13整體仍限位於容室112中。

請參閱圖4，該圖係本發明加熱機構實施例中導熱本體組設限位件後之組立示意圖。進一步為方便組設，則可藉由限位件30裝設於導熱本體10所設之嵌槽101中，而將該導熱塊13等構件限位於導熱本體10中，因此，限位件30的結構並未設有特別的限制，或不必然必須設置。限位件30裝設後同樣必須留有一第二穿孔31，以與夾設孔12相貫穿連通，而使反應管40得穿越後夾設其中，並使導熱塊13所設之抵接部131仍能外露於該夾設孔12之孔徑中，如此，方能使反應管40插入夾設孔12時能碰觸抵接部131，並受彈力作用所夾設。

請同時參閱圖5、圖6A與6B，圖5係本發明加熱機構實施例準備插入反應管之組設示意圖，圖6A係加熱機構實施例未插入反應管前之剖視示意圖，圖6B則係加熱機構實施例插入反應管後之剖視示意圖。溫控元件20係在提供並調控導熱塊13之溫度，其設置位置與方式並未設有特別的限制，可設置但不限於導熱本體10之上表面(面向該反應管40插入方向之該表面)之一部或全部、該導熱本體10之側表面之一部或全部、或該導熱本體10之下表面(相對於該上表面之該表面)之一部或全部。於本實施例中，溫控元件20係配合導熱本體10形狀舖設並連接於其上表面，再藉由其上所設之加熱線(圖中未示)將產生的熱能先傳導給導熱本體10，再傳遞給導熱塊13進行加熱。進行加熱反應時，僅需將反應管40由溫控元件20所設之第一穿孔21、限位件30所設之第二穿孔31穿越進入導熱本體10所設之夾設孔12，進入夾設孔12時，由於導熱塊13之抵接部131係突出其中，其所形成的內徑小於反應管40其管體41的外徑，因此會有卡制的阻礙，稍加用力後，管體41前端外壁可藉由導熱塊13表面之斜向分力克服彈力作用，而將導熱塊13由抵接部131往容室112內推，此時管體41前端即可穿越導熱塊13抵接部131的阻礙，而進一步穿越後使管體41夾設於抵接部131/導熱塊13之間。管體41夾設後即可進行後續之反應。

為進一步使熱傳導更為快速且均勻，反應管40之管體41上可設置有一熱傳導件411，該熱傳導件411可依據導熱塊13之設置分佈，採區域設置、單邊設置或是環向的方式設置於該管體41上，於本實施例中，熱傳導件411係採環向設置。此外，熱傳導件411之材質亦未設有特別的限制，熱傳導係數優者為較佳。需注意的是，於此反應管40設有熱傳導件411的情況下，於反應管40插入後，應使其熱傳導件411的位置與抵接部131之位置相對應，使二者能夠進行熱傳導。

需注意的是，容置槽11所設的數目以及所設位置並未有設有特別的限制，其可僅設置單一容置槽11而僅設有一開口111，因此，當反應管40插入並受導熱塊13夾設時，可進行單邊加熱，此種加熱方式可應用於例如對流PCR的裝置中。若設置有數個容置槽11時，則該些容置槽11不但可設置於夾設孔12約270度的圓周範圍內，讓該些開口111朝向反應管40之某一側外緣，使數個導熱塊13進行單邊加熱外，亦可將各該容置槽11/開口111平均地間隔分布於該夾設孔12之圓周上，而由反應管40外緣圓周上平均進行加熱，此時亦可運用於一般之PCR反應裝置中。

請參閱圖7，該圖係本發明加熱機構實施例中導熱本體底部之示意圖。為了使導熱本體10進行加熱後能夠快速散熱，可設置與容置槽11相連通的散熱孔15。散熱孔15所設位置並未設有特別的限制，於本實施例中，係設置於導熱本體10的底部，亦即容置槽11的底部，而其所設數目同樣可依其結構大小或反應溫度範圍加以設定，亦未設有特別的限制。

請同時參閱圖8A~8F，該些圖係本發明加熱機構中導熱塊其抵接部各實施例之立體與剖視示意圖。導熱塊13其目的係在將反應管40夾設其中，並能進行熱能之傳導，故其結構並未設有特別的限制，僅需反應管40穿設時能讓管體41前端順利穿越抵接部131而夾設在抵接部131/導熱塊13間即可。因此，抵接部131可有多種形態，其可為表面呈球面狀的結構，此時導熱塊13可為球體，例如圖2所示，或是一橢圓體、半橢圓體或半球體的結構(圖中未示)，並進一步直接與彈性元件14相連接。此外，如圖8A、8B所示之導熱塊13A，其亦可為僅抵接部131A呈半球體/半橢圓體的結構，或如圖8C、8D所示之導熱塊13B，其抵接部131B呈圓弧面狀的結構，亦或如圖8E、8F所示之導熱塊13C，其抵接部131C於供該反應管插入端呈斜面狀的結構，再藉由一柱狀延伸結構使整個導熱塊套接於彈性元件14上。此時彈性元件14可為彈簧，但並不以此為限。

藉由本發明之導熱本體10，由於其機構精簡、體積小，又可直接夾設反應管，因此於熱傳導的精確度與速度上將可大幅提升，使得反應管能夠在所設定的溫度下進行反應，因而使其反應效率以及產物產率皆可顯著獲得改善。

10‧‧‧導熱本體

101‧‧‧嵌槽

11‧‧‧容置槽

111‧‧‧開口

112‧‧‧容室

12‧‧‧夾設孔

13、13A~C‧‧‧導熱塊

131、131A~C‧‧‧抵接部

14‧‧‧彈性元件

15‧‧‧散熱孔

20‧‧‧溫控元件

21‧‧‧第一穿孔

30‧‧‧限位件

31‧‧‧第二穿孔

40‧‧‧反應容器/反應管

41‧‧‧管體

411‧‧‧熱傳導件

圖1係本發明加熱機構實施例之分解示意圖。 圖2 係本發明加熱機構實施例中導熱本體之立體示意圖。 圖3係本發明加熱機構實施例中導熱本體之上視示意圖。 圖4係本發明加熱機構實施例中導熱本體組設限位件後之組立示意圖。 圖5 係本發明加熱機構實施例準備插入反應管之組設示意圖。 圖6A係本發明加熱機構實施例未插入反應管前之剖視示意圖。 圖6B係本發明加熱機構實施例插入反應管後之剖視示意圖。 圖7係本發明加熱機構實施例中導熱本體底部之示意圖。 圖8A係本發明加熱機構中導熱塊抵接部另一實施例之立體示意圖。 圖8B係圖8A中導熱塊之剖視示意圖。 圖8C係本發明加熱機構中導熱塊抵接部再一實施例之立體示意圖。 圖8D係圖8C中導熱塊之剖視示意圖。 圖8E係本發明加熱機構中導熱塊抵接部復一實施例之立體示意圖。 圖8F係圖8E中導熱塊之剖視示意圖。

Claims (10)

1. 一種生化反應裝置之加熱機構，包括：一導熱本體，該導熱本體包括：至少一容置槽，該容置槽包括一容室及與該容室相連通之一開口；一夾設孔，該夾設孔與該開口相連通，並可供該反應管插設；及至少一導熱塊，該導熱塊係活動地裝設於該容室中，其一端連接有一彈性元件，其相對另一端則設有一抵接部，藉由該彈性元件可使該導熱塊之該抵接部突出於該開口並位於該夾設孔之孔徑中；以及一溫控元件，該溫控元件係與該導熱本體相連接，可加熱並調控該導熱塊之溫度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之生化反應裝置之加熱機構，其中該容置槽係設有複數個，該些容置槽所設之各該開口係分布於該夾設孔約270度的圓周範圍內。
3. 如申請專利範圍第1項所述之生化反應裝置之加熱機構，其中該容置槽係設有複數個，該些容置槽所設之各該開口係平均地間隔分布於該夾設孔之圓周上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之生化反應裝置之加熱機構，其中該溫控元件係舖設連接於該導熱本體之一上表面、一側表面或一下表面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之生化反應裝置之加熱機構，其中該導熱塊之該抵接部係呈球面狀。
6. 如申請專利範圍第5項所述之生化反應裝置之加熱機構，其中該導熱塊係一球體。
7. 如申請專利範圍第1項所述之生化反應裝置之加熱機構，其中該導熱塊之該抵接部係呈圓弧面狀。
8. 如申請專利範圍第1項所述之生化反應裝置之加熱機構，其中該導熱塊之該抵接部於供該反應管插入端係呈斜面狀。
9. 如申請專利範圍第1項所述之生化反應裝置之加熱機構，其中該導熱本體進一步於該容置槽上設有一嵌槽，於該嵌槽中裝設有一限位件，該限位件並設有一第二穿孔，而該溫控元件並設有一第一穿孔，該第二穿孔與該第一穿孔、該夾設孔係相貫穿連通。
10. 如申請專利範圍第1項所述之生化反應裝置之加熱機構，其進一步包括一反應容器，該反應容器設有一熱傳導件，於該反應容器由該夾設孔插入該導熱本體時，可藉由該導熱塊的該抵接部的抵頂使該反應容器夾設其中，並使該熱傳導件與該導熱塊相碰觸以傳導熱能。