TWI674317B - 生化反應裝置及其套管機構 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種生化反應裝置及其套管機構，該套管機構包括：一第一載件，該第一載件上設有至少一第一穿孔；至少一連接件，各該連接件係對應於各該第一穿孔裝設，各該連接件設有一第二穿孔，該第二穿孔與該第一穿孔係相貫穿連通或相重疊，且各該連接件並設有一接合部；以及至少一套管，其具有相對兩端，其中一端為一開放的管口端，各該套管可由該管口端以可分離方式與該連接件之該接合部相連接。藉此，可依需求更換連接件以適用不同的套管，而套管也可依所需之數量由套管機構自動地進行連接，改善了套管使用之成本問題，並避免了人工操作時所容易產生樣本受污染的問題。

Description

生化反應裝置及其套管機構

本發明係關於一種生化反應裝置，尤其是關於一種可方便更換套管並避免操作污染之套管機構，及包含該套管機構之生化反應裝置。

一般常見利用於生物技術之生化反應包括了核酸萃取、聚合酶鏈鎖反應(PCR)、核酸互補雜交反應或是免疫結合反應。利用該些技術與反應，可由細胞、病毒、細菌或其他生物組織中抽取出核酸，之後再利用聚合酶鏈鎖反應擴增其中特定或待檢測之標的核酸序列，擴增的核酸產物可於擴增過程中以連接有辨識標記的引子進行核酸互補結合反應，或將產物與連接有辨識標記的互補核酸序列進行雜交反應，即可確認該標的核酸序列或其擴增核酸產物是否存在或其多寡。此外，對於蛋白質或寡胜肽的確認，則可利用抗體具專一結合特性的免疫反應，同樣藉由其所連接的辨識標記，達到定性或定量的目的。

然而，操作該些反應時，若需處理的樣本數較多，操作人員將重複地在各樣本間加入或移出反應溶液或產物，不但負擔大，更容易在操作過程中弄錯樣本、加錯、多加或少加某一溶液，或因操作步驟多而造成樣本的污染，使得反應溶液產生了操作上的誤差，而影響反應結果的準確性。

因此，為克服並減少該些操作上的誤差，許多可自動進行操作的生化反應裝置已被製造應用，例如自動聚合酶鏈鎖反應裝置、自動核酸萃取裝置等。該些生化反應裝置，藉由機械臂或位移機構等自動機構進行反應溶液之添加、移液步驟，並以例如溫控元件調整溫度、反應時間等反應條件，著實降低了操作人員之負擔，也提高了反應的準確性。然而，即便是自動化裝置，目前尚無法將每一步驟自動化，在部分步驟中仍需人工操作的介入。例如：進行反應操作前，需先裝設反應用之反應管，用以於該些反應管中注入所需之反應溶液以進行後續之核酸擴增反應，或是藉由該些反應管配合其他例如磁吸機構來進行核酸之萃取反應。在一般前述自動化之反應裝置中，為能多樣本一同操作與反應，通常設有數個並列之作動機構，而利用於該等反應之反應管，一般係以數反應管相連接之排管為之，且為裝設該排管，生化裝置之操作臂上需開設以相對應之滑槽，供該排管插設並滑移至定位

雖然排管之設置可達到數反應管同時裝設之目的，但在人工裝設的過程中，卻常產生排管受有污染而影響到後續反應的情形。同樣的，反應完畢後亦須以人工將排管拔出或替換，也容易造成裝置內部清潔上的問題。尚且，排管通常連接有約八或十二個反應管，若樣本數不甚多時，仍須使用一個單元的排管而無法依需求裝設所需之反應管數目，使得耗材成本相對提高。

本發明目的之一在於提供一種無須以人工進行反應管裝設與拔出之生化反應裝置的套管機構，使反應管得於生化反應裝置內自動進行裝設，而避免因人工裝設所容易產生樣本受污染之問題。

本發明的另一目的在於提供一種可輕易套接反應管之生化反應裝置的套管機構，藉由連接件與反應管相對應之特殊卡掣結構或是/以及反應管上所開設之間隙，於該套管機構作動時能使連接件輕易地與反應管相套接，不但能同時定位反應管套接位置，並避免了習知機構退管時不易脫離或無法退管的缺點。

本發明的再一目的則在於提供一種可適用不同反應管規格之生化反應裝置的套管機構，藉由連接件可分離的設置方式，可依反應管之規格更換以相對應之連接件，因此可應用於多種反應管或反應盤的反應中。

本發明的另一目的則在於提供一種可依需求個別裝設所欲數目反應管之生化反應裝置的套管機構，無須如習知僅得裝設以排管，因而可降低反應管耗材所需的成本。

為了達成前述的目的，本發明提供一種生化反應裝置之套管機構，包括：一第一載件，該第一載件上設有至少一第一穿孔；至少一連接件，各該連接件係對應於各該第一穿孔裝設，各該連接件設有一第二穿孔，該第二穿孔與該第一穿孔係相貫穿連通或相重疊，且各該連接件並設有一接合部；以及至少一套管(反應管)，其具有相對兩端，其中一端為一開放的管口端，各該套管可由該管口端以可分離方式與該連接件之該接合部相連接。

在本發明的一實施例中，所述之生化反應裝置之套管機構，其中該套管可設有一卡掣部，其於該套管連接時可與該連接件上相對應之該接合部相卡接。在本發明實施例的一態樣中，該接合部係於該連接件外緣所設之環狀突出結構，而該卡掣部係相對應之凹槽結構，但並不以此為限。該接合部與該卡掣部亦可為前述結構之互換，亦即，該接合部可為該連接件外緣所設之凹槽結構，而該卡掣部則係相對應之環狀突出結構；或其他可以暫時連接再加以分離，而具有相對應卡合、緊配、嵌接的結構。

在本發明的一實施例中，所述之生化反應裝置之套管機構，其中各該連接件可對應於各該第一穿孔以可分離方式裝設於該第一載件之下方，該連接件之該第二穿孔與該第一穿孔係相貫穿連通。

在本發明實施例的另一態樣中，各該連接件亦可以可分離方式嵌接裝設於該第一穿孔中，並使該接合部外露於該第一載件之下方，此時，該連接件之該第二穿孔與該第一穿孔係相重疊。

在本發明實施例的另一態樣中，該些連接件並可依所連接之套管規格更換以相對應而可連接之結構。

在本發明的一實施例中，所述之生化反應裝置之套管機構，其中該第一載件上可進一步裝設有一蓋板，藉以限位該些連接件，該蓋板並可設有與該第一穿孔相對應且相貫穿連通之一插設孔。

在本發明的一實施例中，所述之生化反應裝置之套管機構，其中該套管於該卡掣部下方的外緣處可進一步設有一凸肋，以使該些套管可預先置放於一套管架或反應盤上，再由本發明實施例之套管機構自動將其連接至連接件上。

在本發明實施例的一態樣中，該套管由該管口端之端緣開設有至少一間隙，該間隙可近平行於該套管軸向方向開設，但並不以此為限。

在本發明的另一實施例中，提供一種生化反應裝置，用以使一反應盤內之溶液進行反應，包括：一如前所述之套管機構以及一磁吸機構，該磁吸機構包括一第二載件，該第二載件上裝設至少一反應桿，該反應桿係對應於該第一穿孔設置；其中，該套管機構與該磁吸機構分別連接有一縱向位移機構，當該磁吸機構縱向向下位移時，其所設之該些反應桿可經由該第一穿孔穿伸進入該套管中，並使該反應桿之一頂端移動至該套管內之一預定位置。

在本發明的一實施例中，所述之生化反應裝置，其中該反應桿移動至該預定位置後，該磁吸機構可與該套管機構一同作動，使該套管以及穿設其中之該反應桿，一同移入或移出該反應盤所設之至少一孔槽中以進行反應。

在本發明的一實施例中，所述之生化反應裝置，其中該反應桿係可產生磁性之桿體，其可為永久磁鐵或電磁鐵之桿體，但並不以此為限。

藉由本發明所提供之套管機構與生化反應裝置，套管可依所需之數量備置後，由套管機構自動地進行連接，不但可改善套管使用之成本問題，更可避免因為人工操作所產生之污染問題。此外，藉由本發明，更可使套管輕易的套接在連接件上，並達到定位以及容易退管之目的。同時，藉由連接件可分離拆換之設置方式，也使本發明可應用於不同規格的套管上。

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，該圖係本發明包括套管機構實施例之生化反應裝置實施例之組立示意圖。本發明實施例所提供之生化反應裝置，包括：套管機構10、磁吸機構20、反應盤30、基座40與位移機構。套管機構10與磁吸機構20係分別連接於一設於基座40上之縱向位移機構(圖中未示)上，可相對於基座40進行上下之縱向位移。反應盤30則可利用一橫向位移機構50於基座40之底部平台上進行水平方向之橫向位移。藉由套管機構10之作動，作為反應管之套管13首先可在自動化操作下連接至套管機構10上，之後再透過套管機構10與磁吸機構20相互配合之作動機制，使套管13依設定自動地移入或移出反應盤30所設之孔槽31。於本實施例中，係以自動核酸萃取裝置為例，其係利用磁珠與磁吸原理進行核酸之萃取，因此設置以磁吸機構20進行作動，若係單純套管添加反應溶液以進行例如核酸擴增或雜交反應時，則可不設置以磁吸機構20。

請再同時參閱圖2與圖3，圖2與圖3係本發明套管機構實施例之立體示意圖。套管機構10，包括第一載件11、連接件12與套管13。連接件12係裝設於第一載件11上，並再與套管13相連接。

第一載件11，於本實施例中係一長型板體，但其結構並未設有特別的限制。第一載件11上開設有複數個第一穿孔111，第一穿孔111之數目可依一般常見之反應盤所設一列之孔槽數目相應設置。第一載件11可連接一第一延伸件14，並藉由其所設之第一連接部15連接至一縱向位移機構(圖中未示)，或直接藉由所設之第一連接部15連接至該縱向位移機構。第一連接部15僅係將第一載件11連接固定於縱向位移機構，並未設有特別的限制，可利用螺絲以可拆卸的方式連接，或以銲接、卡接後粘連等方式進行連接。

連接件12，可直接對應第一穿孔111裝設於第一載件11之下方，或是利用嵌接方式，於第一穿孔111中先設置以階梯狀嵌槽(圖中未示)後，將連接件12分別穿入各該第一穿孔111而嵌接其中。各連接件12分別設有一第二穿孔123，若連接件12裝設於第一載件11之下方，則第二穿孔123與第一穿孔111相貫 穿並可相互連通，若連接件12係以嵌接方式裝設於第一穿孔111中，此時，第二穿孔123係重疊設置於第一穿孔111中並延伸至第一穿孔111外。於本實施例中，連接件12係以嵌接方式裝設，為將連接件12限位於第一穿孔111中，可於第一載件11上進一步裝設一蓋板112，蓋板112上並開設有與第一穿孔111/第二穿孔123相對應之插設孔113，且插設孔113與第二穿孔123相貫穿連通。連接件12裝設於第一載件11上時可以可分離的方式組設，例如卡接、鎖螺、嵌接等，並未設有特別的限制。

連接件12於外緣表面則設有一接合部121與一基部122。連接件12無論係裝設於第一載件11下方或嵌接於其中之第一穿孔111，該接合部121皆需外露於第一載件11之下方，以與套管13相連接。接合部121於本實施例中係一環狀突出結構，但並不以此為限，其亦可為圓凸結構環狀分布設置，或環狀凹槽、圓形凹陷結構環狀分布設置，或是與卡掣部132相對應之卡合結構等。基部122係設於接合部121上方與第一載件11之間，可作為與套管13連接後，套管13末端抵頂的限位結構。

套管13，亦即進行反應之反應管，可作為反應溶液容置的試管，或如本實施例係作為磁吸機構20作動反應之機構之一。套管13於本實施例中係一端為開放，相對一端為封閉之管體結構，其亦可依需求，使該相對一端呈開放，故並不以此為限；該管體之長短、管徑大小，可依反應體積之需求以及反應盤30所設孔槽31之規格選擇設置。套管13開放之一端為管口端131，接近管口端131的套管13內緣則設有一卡掣部132。該卡掣部132於套管13連接於連接件12時，恰可與其所設之接合部121相連接。因此，卡掣部132係對應於該接合部121而可相互連接之結構，其可為凹槽、環狀凹槽結構，或圓凸、凸塊、環狀突出結構，或是與接合部121相對應之卡合結構等。套管13於該管口端131，可如本實施例由該管口端131開設以至少一形狀類似溝槽但並不以此為限的間隙1311，使該連接件12往管口端131抵頂套接時，能因間隙1311的設置，使管口端131稍微撐開，讓連接件12更容易穿越管口端131而套入套管13中。間隙1311可以接近平行於該套管13軸向方向開設，但並不以此為限，而其所設數目也未設有特別的限制，可依據管徑大小或套管材質的硬度調整設置。套管13於卡掣部132下方的外緣處可進一步設有一凸肋133，用以將套管13置放於反應盤30或套管架的置放孔(圖中未示)上，再以套管機構10進行連接。凸肋133可環狀設置，或設有複數個而以環狀分布設置，而其形狀並未設有特別的限制。

進行套管13連接時，可先準備包裝好所需套管數目之反應盤30或套管架 (其中套管13已先藉由其凸肋133排列置放於反應盤30未進行反應之孔槽31上，或套管架的置放孔上，再予密封包裝)，撕開包裝後將其置放於橫向位移機構50上，同時操作橫向位移機構50與連接該套管機構10之縱向位移機構，使套管機構10之連接件12位移至套管13管口端131上方後，進一步向下位移抵頂，使連接件12上的接合部121與套管13之卡掣部132進行卡接，卡接後即可進行後續之反應作動。當套管13係以套接方式套接於連接件12上時，套管13其管口端131該端可為塑膠或其他稍具變形特性的材質，而可於連接件12抵頂時稍微形變，使連接件12能進一步往套管13內伸入，讓接合部121與卡掣部132進行連接。

所謂利用磁吸反應之自動核酸萃取裝置，係在樣本經處理之孔槽中加入經改質的磁性微珠或可受磁力吸引的微珠，該些改質的微珠能夠黏附由樣本經反應後所釋放出的核酸，之後再藉由一套管，並於該套管中裝設有一磁性棒，二者一同沉浸於前述添加有微珠之溶液中，藉由磁吸力將黏附有核酸之微珠吸附在套管外緣管壁上，而後再將吸附有微珠之套管移動至另一列或數列之孔槽中進行清洗反應，將核酸以外之雜質清洗移除後，再移動至另一列孔槽中將微珠與核酸分離，即可獲得純化之核酸，而吸附在套管上的微珠則可於移出磁性棒後回收再次利用。

請同時參閱圖4與圖5並配合圖1，圖4與圖5係本發明套管機構實施例與磁吸機構實施例作動之示意圖。為達成前述藉由磁吸作用完成核酸萃取反應，本發明的生化反應裝置進一步設有一磁吸機構20，其包括：第二載件21與反應桿22。第二載件21，於本實施例中係一長型板體/塊體，但其結構並未設有特別的限制。第二載件21於其下方裝設有複數個反應桿22。反應桿22所設數目與位置係對應於套管機構10中之插設孔113(或第一穿孔111/第二穿孔123)。第二載件21可連接一第二延伸件23，並藉由其所設之第二連接部24連接至一縱向位移機構(圖中未示)，或直接藉由所設之第二連接部24連接至該縱向位移機構。第二連接部24僅係將第二載件21連接固定於縱向位移機構，並未設有特別的限制，可利用螺絲以可拆卸的方式連接，或以銲接、卡接後粘連等方式連接。反應桿22於本實施例中係一可產生磁性之桿體，其可為永久磁鐵或電磁鐵型式之桿體。

請再同時參閱圖6，該圖係本發明磁吸機構實施例以反應桿插入套管機構實施例之示意圖。套管機構10與與磁吸機構20係分別連接於一縱向位移機構(圖中未示)，可依照設定個別或同時作動。於進行磁吸作用前，磁吸機構20向下位移，使反應桿22由插設孔113(或第一穿孔111/第二穿孔123)穿伸進入套管13所設之作動腔130中，並使反應桿22端部之頂端221移動至作動腔130內所設之預定位置，該預定位置可依據頂端221的構型以及作動腔130之底部134的構型而加以選擇設置，並未設有特別的限制，一般係以接近底部134但尚未碰觸之預定位置為佳，一方面可為套管13底部提供較佳之磁吸力，一方面則可避免因反應桿22的碰觸而使套管13由連接件12鬆脫。

當磁吸機構20之反應桿22位移至預定位置後，該磁吸機構20則與該套管機構10一同作動，配合橫向位移機構50，將該套管13連同穿設其中之反應桿22，一同位移至所欲進行磁吸作用之該列孔槽31上方後(請同時參見圖1)，再一同下移進入該列孔槽31中，將溶液中黏附有核酸之微珠吸附於套管13之外緣管壁上，而後一同上移離開該列孔槽31。上移後，反應盤30經橫向位移機構50位移一列孔槽距離，使套管13/反應桿22位於下一列孔槽之上方後，又再一同下移進入下一列的孔槽31中進行清洗反應，此清洗反應可依需求設置以不同列數之清洗液，而重複該列數次數之清洗步驟，最後則是進入含有能將核酸與微珠分離的溶液之孔槽中，將核酸與微珠分離後即可回收獲得純化之核酸。

藉由上述套管機構10，以及配合磁吸機構20之作動，能夠在初始步驟中自動地、輕易地由裝置操作將套管13連接至連接件12上，著實避免了因人工裝設套管13，而容易造成套管13管壁外緣受污染的問題，使核酸萃取程序大幅減少外來樣本污染之介入，則於後續進行PCR反應時，將使其反應結果更為準確或減少偽陽性的產生。另一方面，若該次欲進行試驗或反應之樣本數較少時，則可依需求備置相對應之套管數目，因此也能達到降低耗材成本的目的。

10‧‧‧套管機構

11‧‧‧第一載件

111‧‧‧第一穿孔

112‧‧‧蓋板

113‧‧‧插設孔

12‧‧‧連接件

121‧‧‧接合部

122‧‧‧基部

123‧‧‧第二穿孔

13‧‧‧套管

130‧‧‧作動腔

131‧‧‧管口端

1311‧‧‧間隙

132‧‧‧卡掣部

133‧‧‧凸肋

134‧‧‧底部

14‧‧‧第一延伸件

15‧‧‧第一連接部

20‧‧‧磁吸機構

21‧‧‧第二載件

22‧‧‧反應桿

221‧‧‧頂端

23‧‧‧第二延伸件

24‧‧‧第二連接部

30‧‧‧反應盤

31‧‧‧孔槽

40‧‧‧基座

50‧‧‧橫向位移機構

圖1係本發明包括套管機構實施例之生化反應裝置實施例之組立示意圖。

圖2 係本發明套管機構實施例之立體示意圖以及局部放大圖。

圖3係本發明套管機構實施例另一角度之立體示意圖。

圖4係本發明套管機構實施例與磁吸機構實施例作動之示意圖。

圖5 係本發明套管機構實施例與磁吸機構實施例作動之側視示意圖。

圖6係本發明磁吸機構實施例以反應桿插入套管機構實施例之示意圖。

Claims (9)

1. 一種生化反應裝置之套管機構，包括：一第一載件，該第一載件上設有至少一第一穿孔；至少一連接件，該至少一連接件係對應於該至少一第一穿孔裝設，該至少一連接件設有一第二穿孔，該第二穿孔與該至少一第一穿孔係相貫穿連通或相重疊，且該至少一連接件並設有一接合部；以及至少一套管，具有相對兩端，其中一端為一開放的管口端，該至少一套管並設有一卡掣部，可由該管口端以可分離方式與該至少一連接件上相對應之該接合部相卡接；其中，該接合部係於該至少一連接件外緣所設之環狀突出結構，而該卡掣部係相對應之凹槽結構，或該接合部係於該至少一連接件外緣所設之凹槽結構，而該卡掣部係相對應之環狀突出結構；以及其中，該至少一套管由該管口端之端緣開設有至少一間隙。
2. 如申請專利範圍第1項所述之生化反應裝置之套管機構，其中該至少一連接件係對應於該至少一第一穿孔以可分離方式裝設於該第一載件之下方，該至少一連接件之該第二穿孔與該至少一第一穿孔係相貫穿連通。
3. 如申請專利範圍第1項所述之生化反應裝置之套管機構，其中該至少一連接件係以可分離方式嵌接裝設於該至少一第一穿孔中，並使該接合部外露於該第一載件之下方，該至少一連接件之該第二穿孔與該至少一第一穿孔係相重疊。
4. 如申請專利範圍第3項所述之生化反應裝置之套管機構，其中該第一載件上進一步裝設有一蓋板，藉以限位該至少一連接件，該蓋板並設有與該至少一第一穿孔相對應且相貫穿連通之一插設孔。
5. 如申請專利範圍第1項所述之生化反應裝置之套管機構，其中該至少一套管於該卡掣部下方的外緣處進一步設有一凸肋。
6. 一種生化反應裝置，用以使一反應盤內之溶液進行反應，包括：一如申請專利範圍第1項之套管機構；以及一磁吸機構，該磁吸機構包括一第二載件，該第二載件上裝設至少一反應桿，該至少一反應桿係對應於該至少一第一穿孔設置；其中，該套管機構與該磁吸機構分別連接有一縱向位移機構，當該磁吸機構縱向向下位移時，其所設之該至少一反應桿可經由該至少一第一穿孔穿伸進入該至少一套管中，並使該至少一反應桿之一頂端移動至該至少一套管內之一預定位置。
7. 如申請專利範圍第6項所述之生化反應裝置，其中該至少一反應桿移動至該預定位置後，該磁吸機構可與該套管機構一同作動，使該至少一套管以及穿設其中之該至少一反應桿，一同移入或移出該反應盤所設之至少一孔槽以進行反應。
8. 如申請專利範圍第6項所述之生化反應裝置，其中該至少一反應桿係可產生磁性之桿體。
9. 如申請專利範圍第8項所述之生化反應裝置，其中該至少一反應桿係永久磁鐵桿體或電磁鐵桿體。