TWI734929B - 多色螢光激發及偵測裝置及其核酸分析設備應用 - Google Patents

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Abstract

本案揭露一種多色螢光激發及偵測裝置，包含至少一發光模組、卡匣及至少一偵測模組。至少一發光模組提供具有特定波長範圍之照明光。卡匣包含偵測晶片，偵測晶片包含複數個偵測槽，環繞設置於偵測晶片之外圍，其中每一偵測槽內係容置對應之螢光試樣，且每一偵測槽包含第一壁面及第二壁面。照明光穿透第一壁面以照射偵測槽內之螢光試樣，並激發螢光試樣以產生螢光訊號穿透第二壁面。至少一偵測模組係接收螢光訊號，並轉換螢光訊號為電訊號。

Description

多色螢光激發及偵測裝置及其核酸分析設備應用
本案關於一種螢光偵測裝置，尤指一種多色螢光激發及偵測裝置，以及利用該多色螢光激發及偵測裝置之核酸分析設備。
為了因應不同需求而取得大量特定片段的DNA之方式在近幾年來蓬勃發展，科學家們一直致力找出有效率的方式來符合其目標，而聚合酶連鎖反應(Polymerase chain reaction，PCR)即為其中一種最經濟且快速的技術，可在短時間內獲得十億拷貝的特定DNA片段。PCR技術可應用在多種領域，例如遺傳鑑定的選擇性DNA分離、分析考古學中的古代DNA的法學分析、基因檢測及組織類型的醫學應用、醫院及研究機構的傳染病的快速及準確的診斷、食品安全的環境危害檢驗以及用於調查罪犯的基因指紋等。PCR技術只需要利用從血液或組織中萃取得到的小量DNA試樣，並將螢光染劑加入核酸溶液中，即可透過螢光分子偵測到擴增的DNA片段。
染劑及螢光偵測技術為一種被廣泛利用的技術，用以同步偵測及分析是否有目標核酸分子存在於一批次生物試樣中。在特定波長的光激發下， 當有螢光訊號從具有DNA結合染劑或螢光結合探針的目標核酸分子發出時，此訊號即代表有目標核酸分子的存在。此技術被應用在新式PCR技術，稱為等溫擴增方式(isothermal amplification method)。其中，光學裝置乃是qPCR偵測技術中偵測特定核酸片段發出的螢光所不可或缺的工具，此光學裝置必須提供光源以在特定波長激發螢光探針，且同時偵測從探針發出的螢光訊號。
另一種替代的等溫擴增方式則是無須採用熱循環控制，而是仰賴利用體內DNA/RNA合成機制的蛋白質，並由酵素活性主導。因此，微小化的等溫系統具有設計簡單及能量消耗低的優點。目前有多種分析複雜度(多種酵素或引子)、偵測靈敏度及專一性可接受的等溫擴增方式被發展出來，包括核酸序列依賴性擴增技術(nucleic acid sequence-based amplification,NASBA)、鏈置換擴增技術(strand displacement amplification,SDA)、解旋酶擴增技術(helicase-dependent amplification,HAD)、環型等溫擴增技術(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)、重組酶聚合酶擴增技術(recombinase polymerase amplification,RPA)、及切口酶擴增技術(nicking enzyme amplification reaction,NEAR)。
螢光偵測系統已在多種領域中成熟發展，例如螢光光譜及螢光顯微鏡的應用。利用單色光源配上一組濾鏡及光學元件，即可輕易應用於單色的螢光探針。然而，大部分現有的螢光偵測系統皆具有體積大、結構複雜及成本高之缺失。更甚者，大多數螢光偵測系統產生的螢光訊號具有較低的信噪比(Signal-to-Noise ratio,SNR)。目前可攜式等溫擴增方法的螢光偵測裝置設計仍落後於其生化技術發展。由於等溫擴增對於試樣的純化度具有較高的容忍度，市場上大部分的等溫平台著眼於創造具有穩定溫度的環境及具有中高通量 (throughput)的偵測方法。更重要的是，大多數應用等溫擴增的裝置較偏愛於移動偵測環境中，故系統需要具有高度集成度，因此，大多數現行的光學元件設計雖然已經被廣泛的運用，但並不適合應用等溫擴增的裝置。
本案之一目的在於提供一種多色螢光激發及偵測裝置，基於非折射方法以獲得高信噪比，縮小整體體積及重量，並且以較低成本提供可攜式等溫PCR系統較好的性能，並且可允許偵測槽的偏差。
本案之另一目的在於提供一種多色螢光激發及偵測裝置，具有緊密的光學結構以避免對位及組合的困難，並具有高效能、堅固結構、創新螢光槽體設計，以避免光傳送所造成的損失並保持高的信噪比。
本案之又一目的在於提供一種核酸分析設備，係將元件集合為單一裝置且具有等溫擴增功能，使得試樣純化、核酸萃取、核酸擴散及/或核酸偵測之功能可於單一設備上即時實現。
本案之再一目的在於提供一種核酸分析設備，可利用等溫擴增功能以同時偵測多樣化的目標。
根據本案之構想，本案提供一種多色螢光激發及偵測裝置，係包含至少一發光模組、卡匣及至少一偵測模組。每一該發光模組提供具有特定波長範圍之照明光。卡匣包含偵測晶片，偵測晶片包含複數個偵測槽，環繞設置於偵測晶片之外圍，其中每一偵測槽內係容置對應之螢光試樣，且每一偵測槽包含第一壁面及第二壁面，其中照明光穿透第一壁面以照射偵測槽內之螢光試 樣，並激發螢光試樣以產生螢光訊號穿透第二壁面。至少一偵測模組係接收源自螢光試樣且穿透第二壁面之螢光訊號，並轉換螢光訊號為電訊號。
根據本案之構想，本案提供一種核酸分析設備，係包含多色螢光激發及偵測裝置、槽體、流體輸送單元、溫度控制單元及旋轉驅動單元。多色螢光激發及偵測裝置包含至少一發光模組、卡匣及至少一偵測模組。每一該發光模組提供具有特定波長範圍之照明光。卡匣包含偵測晶片，偵測晶片包含複數個偵測槽，環繞設置於偵測晶片之外圍，其中每一偵測槽內係容置對應之螢光試樣，且每一偵測槽包含第一壁面及第二壁面，其中照明光穿透第一壁面以照射偵測槽內之螢光試樣，並激發螢光試樣以產生螢光訊號穿透第二壁面。至少一偵測模組係接收源自螢光試樣且穿透第二壁面之螢光訊號，並轉換螢光訊號為電訊號。槽體用以容收該卡匣。流體輸送單元係與槽體連接，用以輸送卡匣內的螢光試樣，以進行試樣純化及/或核酸萃取。溫度控制單元係設置於槽體內，並提供預設溫度，以進行核酸擴增。旋轉驅動單元係與槽體連接，並以一預設程式旋轉卡匣。
100:核酸分析設備
1:槽體
11:頂部槽體
12:底部槽體
121:腔室
13:鉸鏈
14:扣件
141:卡勾部
15:鬆脫環
151:凸部結構
16:鬆脫致動器
18:容置空間
2:流體輸送單元
3:溫度控制單元
4:旋轉驅動單元
9:多色螢光激發及偵測裝置
6:卡匣
60:卡扣槽
62:偵測晶片
625:偵測槽
623:第一壁面
621:第二壁面
622:第三壁面
624:第四壁面
63:試劑儲存本體
632、66:開口
64:第一通道
65:第二通道
7:發光模組
71:光源
72:第一濾波器
73:第一針孔
8:偵測模組
81:第二濾波器
82:偵測器
83:第二針孔
第1圖為本案之一實施例之使用多色螢光激發及偵測裝置之核酸分析設備之結構示意圖。
第2圖為第1圖所示之核酸分析設備於槽體開啟時之結構示意圖。
第3圖為卡匣及槽體之鎖固與鬆脫機構圖。
第4圖為卡匣之底視圖。
第5圖為本案較佳實施例之多色螢光激發及偵測裝置之結構示意圖。
第6圖為第5圖所示之多色螢光激發及偵測裝置之部分放大結構示意圖。
第7圖為四種目標螢光探針的激發光譜及四種激發濾光片的通帶之關係圖。
第8圖為四種目標螢光探針的發射光譜及四種發射濾光片的通帶之關係圖。
第9圖為旋轉驅動單元、發光模組、卡匣及偵測模組之結構示意圖。
第10圖為本案之另一較佳實施例之多色螢光激發及偵測裝置之結構示意圖。
第11圖為第10圖所示之多色螢光激發及偵測裝置之部分放大結構示意圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非限制本案。
本案提供一種具有等溫擴增應用之核酸分析設備，更進一步說明，本案係提供一種核酸分析設備集合了流體輸送單元、溫度控制單元、旋轉 驅動單元及多色螢光激發及偵測裝置於單一裝置上，故在單一裝置上可即時進行核酸分析以達到試樣純化、核酸萃取、核酸擴散以及核酸偵測之功能。
第1圖為本案之一實施例之使用多色螢光激發及偵測裝置之核酸分析設備之結構示意圖，第2圖為第1圖所示之核酸分析設備於槽體開啟時之結構示意圖，其中卡匣示意性的移出核酸分析設備。如第1及2圖所示，核酸分析設備100包含槽體1、流體輸送單元2、溫度控制單元3、旋轉驅動單元4及多色螢光激發及偵測裝置9。多色螢光激發及偵測裝置9包含卡匣6、至少一發光模組7以及至少一偵測模組8(請參照第5圖)。槽體1係可被開啟，以安裝卡匣6於其中。流體輸送單元2與槽體1連接，並適於輸送卡匣6內的試劑，以進行試樣純化及/或核酸萃取。溫度控制單元3設置於槽體1內，並適於提供預設溫度，以進行核酸擴增。旋轉驅動單元4與槽體1連接，且可以預設程式在槽體1內旋轉卡匣6，在一實施例中，旋轉驅動單元4可夾持卡匣6。至少一發光模組7及至少一偵測模組8設置於槽體1上，每一發光模組7包含至少一激光用的光學元件，每一偵測模組8包含至少一偵測用的光學元件，用於核酸偵測或試樣反應偵測。
於一實施例中，槽體1包括頂部槽體11及底部槽體12。頂部槽體11與底部槽體12係透過鉸鏈(hinge)13連接，但不以此為限。底部槽體12具有腔室121，係特別設計用以安裝卡匣6於其中。頂部槽體11可被開啟，使得卡匣6可放置於底部槽體12之腔室121中。當頂部槽體11關閉後，槽體1內便形成封閉空間。在一實施例中，槽體1之形狀可為但不限於圓柱狀、球狀、立方體、圓錐體或橄欖狀，且槽體1可由但不限於金屬、陶瓷、聚合物、高分子化合物、木材、玻璃、或其他可提供良好熱隔絕的材質所製成。
底部槽體12係透過管件或流道與流體輸送單元2連接，當卡匣6安裝於底部槽體12中，卡匣6會被鎖固且與流體輸送單元2緊密接觸，以避免洩漏。舉例來說，卡匣6可透過至少一固定元件鎖固於底部槽體12，其中固定元件可包括一扣件(clip)，但不以此為限。
第3圖顯示卡匣與底部槽體間之鎖固與鬆脫機構圖。如第2圖及第3圖所示，卡匣6之柱狀本體上包括至少一卡扣槽60，而底部槽體12包括至少一扣件14、鬆脫環15及鬆脫致動器16。扣件14之底部固定，且頂部具有卡勾部141。扣件14可由聚合物或具有彈性之金屬片所構成。當卡匣6放置於底部槽體12之腔室121中時，使用者只要下壓卡匣6，即可使扣件14之卡勾部141與卡匣6之卡扣槽60相卡合及鎖固，藉此使得卡匣6與流體輸送單元2緊密接觸。鬆脫環15環繞卡匣6之柱狀本體，且抵靠於卡勾部141的底面。鬆脫環15係可滑動一段距離，且連接於鬆脫致動器16，例如電磁閥致動器。當要鬆脫卡匣6時，只要觸發鬆脫致動器16去拉引鬆脫環15，便可使鬆脫環15上的凸部結構151推抵扣件14，以將卡勾部141與卡扣槽60分離，進而使卡匣6鬆脫。在一實施例中，扣件14可由使用者手動操作，或是由裝置依據指令進行自動化操作。當然，鎖固與鬆脫機構不限於上述之扣件14，亦可為其他可鎖固與鬆脫卡匣6之固定元件。
第4圖顯示卡匣之底視圖。如第2、3及4圖所示，卡匣6包括偵測晶片62及試劑儲存本體63，且偵測晶片62設置於試劑儲存本體63之頂部。偵測晶片62係為一平面型流體晶片，偵測晶片62包括複數個偵測槽625、至少一第一通道64以及至少一第二通道65。至少一第一通道64係經由至少一第二通道65連接偵測槽625。在一實施例中，複數個偵測槽625環繞設置於該偵測晶片62之外圍，且內有供核酸擴增及/或偵測之試樣或試劑。舉例來說，偵測槽625可塗佈供 核酸擴增及/或偵測之試樣或試劑，例如包括不同螢光染料的試劑。偵測槽625之數量並不受限，且可多達40甚至更多個槽，故本案設備可進行多重化(multiplexing)的核酸分析。在一實施例中，偵測晶片62的形狀大致上為圓形，使得偵測晶片62具有複數個呈曲面的側面，可與至少一光學單元8呈直線排列而有助於光線聚焦。
試劑儲存本體63包括複數個試劑槽(未圖示)，其係儲存用於試樣純化及/或核酸萃取的試劑。試劑儲存本體63亦包括複數個流道，其係連接於試劑槽以供流體輸送。在一實施例中，試劑儲存本體63可為但不限於圓柱狀本體。試劑儲存本體63更包括設於試劑儲存本體63底面之複數個開口632，且開口632係透過流道而與試劑槽相連通。開口632之形狀可為但不限於圓形、線型、或其他規則或不規則形狀。偵測晶片62更包括設於偵測晶片62頂面之至少一開口66，且開口66與試劑儲存本體63之至少一試劑槽對位及連通，用於加入樣品於卡匣6中。
第5圖為本案較佳實施例之多色螢光激發及偵測裝置之結構示意圖，第6圖為第5圖所示之多色螢光激發及偵測裝置之部分放大結構示意圖。如第1、2、5及6圖所示，多色螢光激發及偵測裝置9包含卡匣6、至少一發光模組7以及至少一偵測模組8。多色螢光激發及偵測裝置9可為但不限為包含四個發光模組7及四個偵測模組8，每一發光模組7係設置於底部槽體12之容置空間18內(請參照第2圖)，並提供具有特定波長範圍之照明光。
每一偵測槽625包含第一壁面623、第二壁面621、第三壁面622、第四壁面624、第五壁面及第六壁面(未圖示)。第一壁面623相對於第三壁面622，第二壁面621相對於第四壁面624，第五壁面相對於第六壁面。第二壁面621、第 四壁面624、第五壁面及第六壁面相連接並設置於第一壁面623及第三壁面622之間。於本實施例中，第一壁面623係為一底壁面，第二壁面621係為一前壁面，第三壁面622係為一上壁面，第四壁面624係為一後壁面，第五壁面係為第一側壁，第六壁面係為第二側壁。
發光模組7產生的照明光穿透偵測槽625之第一壁面623(意即底壁面)，並照明偵測槽625內之螢光試樣，並激發螢光試樣以產生螢光訊號，螢光試樣所產生之螢光訊號穿透偵測槽625之第二壁面621(意即前壁面)。偵測模組8接收偵測槽625之第二壁面621所傳送之螢光訊號，並將螢光訊號轉換為電訊號。
在一實施例中，偵測槽625之第一壁面623具有一曲面，並對位於至少一發光模組7。偵測槽625之第二壁面621具有一曲面，且於核酸偵測的期間，偵測槽625之第二壁面621對位至少一偵測模組8。偵測槽625之第一壁面623具有特定的曲線，可為但不限為圓形、橢圓形或其他形狀，因此，當照明光穿透偵測槽625之第一壁面623時，照明光可以經由第一壁面623對位位於偵測槽625內之螢光試樣。偵測槽625之第二壁面621具有特定的曲線，可為但不限為圓形、橢圓形或其他形狀，因此，當照明光穿透偵測槽625之第二壁面621時，螢光訊號可以經由第二壁面621聚焦對位於偵測模組8。
請再次參閱第5圖及第6圖，發光模組7係相鄰設置於偵測槽625之第一壁面623，且發光模組7之光軸係對位偵測槽625之第一壁面623，故偵測槽625之第一壁面623可接收具有特定波長範圍的照明光。偵測模組8係相鄰設置於偵測槽625之第二壁面621，且偵測模組8之光軸係對位偵測槽625之第二壁面621，故偵測模組8可接收穿透偵測槽625之第二壁面621之螢光訊號。
在一實施例中，發光模組7包含光源71及第一濾波器72。光源71可為發光二極體(LED)或雷射二極體(laser diode)，且光源71係用以產生波長具有寬頻帶之照明光。第一濾波器72係設置於光源71及第一壁面623之間，並且使得光源71所產生之具有特定波長範圍之照明光通過，且阻止光源71所產生之不需要之波長之照明光通過。
發光模組7更包含第一針孔73，設置於光源71及第一濾波器72之間，且發光模組7之第一針孔73導引光源71所產生之照明光對位於第一濾波器72及偵測槽625之第一壁面623，其中第一針孔73之孔徑大小介於2.0mm至3.0mm之間，但不以此為限。
於一些實施例中，第一通道64係經由對應之第二通道65連接偵測槽625，其中第一通道64係用以發送試樣至偵測槽625。第二通道65的截面積以小於第一通道64的截面積為較佳，因此第二通道65具有一毛細管閥用以實現被動流量控制。
在一實施例中，偵測槽625之第三壁面622及第一壁面623皆為光學薄膜所構成，第三壁面622之光學薄膜之厚度以及第一壁面623之光學薄膜之厚度皆可介於0.1mm至0.2mm之間，但不以此為限。第三壁面622之光學薄膜之折射率以及第一壁面623之光學薄膜之折射率皆可介於1.3至1.6之間，但不以此為限。
在一些實施例中，偵測晶片62之偵測槽625之體積大小係可介於10uL至50uL之間，但不以此為限。偵測晶片62係可由聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)或環狀烯烴共聚物 (cyclic olefin copolymer,COC)所組成。偵測晶片62之偵測槽625之折射率係可介於1.3至1.6之間，但不以此為限。
偵測模組8包含第二濾波器81及偵測器82。第二濾波器81係用以接收偵測槽625之第二壁面621所傳送之螢光訊號，而允許具有特定波長範圍之螢光訊號通過，並阻止不需要之波長通過。偵測器82係用以接收通過第二濾波器81之具有特定波長範圍之螢光訊號，並轉換螢光訊號為電訊號。於一實施例中，偵測器82可為但不限為光電二極體(photodiode,PD)、雪崩光電二極體(avalanche photodiode,APD)、感光耦合元件(charge coupled device,CCD)或互補式金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)。
偵測模組8更可包含第二針孔83，第二針孔83係設置於偵測槽625之第二壁面621及第二濾波器81之間，偵測模組8之第二針孔82引導螢光試樣所產生之螢光訊號對位於偵測模組8，其中第二針孔83之孔徑大小可介於2.0mm至3.0mm之間，但不以此為限。
在一些實施例中，多色螢光激發及偵測裝置9包含複數個發光模組7及複數個偵測模組8，例如可包含但不限於四個發光模組7及四個偵測模組8，其中複數個發光模組7提供不同顏色之照明光至對應之偵測槽625，以進行螢光偵測，複數個偵測模組8接收對應之螢光訊號，因此複數個偵測模組8可同時偵測多個試樣並實現多重化偵測。
在一實施例中，本案採用四種類型的螢光染劑。每一偵測槽625內裝有四種不同螢光染劑的混合物，這些染劑為標準螢光染劑，且其名稱縮寫為FAM、HEX、ROX及Cy5。這些螢光染劑的激發光譜及發射光譜分別顯示於 第7圖及第8圖中。雖然本案較佳實施例係以這些染劑作示範，然本案之系統並不限於這四種類型的螢光染劑。
表1顯示四種螢光染劑應用於本案之多色螢光激發及偵測裝置9的信噪比，其中四種螢光染劑的濃度皆分別為320nM。表1清楚的顯示四種螢光染劑應用於本案之多色螢光激發及偵測裝置9的信噪比是相當高的，這表示了多色螢光激發及偵測裝置9的感光度相當好。
Figure 107131496-A0305-02-0014-1
第9圖為旋轉驅動單元4、發光模組7、卡匣6及偵測模組8之結構示意圖。如第9圖所示，旋轉驅動單元4更包含卡匣夾具，係用以夾持並旋轉卡匣6。一但卡匣6被夾持鎖固，使得卡匣6可經由旋轉驅動單元4驅動而在槽體1內旋轉。有多種形式的機構可以依據需求實現夾持及鬆脫卡匣6，其中卡匣夾具亦可為電磁裝置、螺絲、螺帽、壓配部件(press fitted parts)、摩擦部件(frictional parts)、握件(grip)、鉗子(pincer)、環氧樹脂(epoxy)、化學鍵結(chemical bonding)或其他形式，只要其能依據需求夾持卡匣6即可。
在一實施例中，旋轉驅動單元4係安裝於頂部槽體11上。旋轉驅動單元4可為但不限於馬達，且其亦可為電磁裝置、手動操作、彈簧、發條裝置或其他元件，並可夾持且以預設角度旋轉卡匣6，以及依序使每一偵測槽625通過並對位於每一發光模組7及每一偵測模組8。
在一實施例中，發光模組7係設置於底部槽體12之容置空間18內，在運行過程中，每一發光模組7對位於卡匣6之其中之一偵測槽625以提供有效的照明光以進行偵測。偵測模組8係設置於頂部槽體11之外緣以實現光學偵測，使得試樣在核酸擴散的過程中可以即時的被偵測。一但卡匣6被夾持鎖固，偵測模組8係對準於卡匣6上的其中之一偵測槽625，因此核酸分析的結果就可被讀取，而卡匣6旋轉使得每一偵測槽625依序通過不同的發光模組7及偵測模組8。在一實施例中，每一發光模組7及偵測模組8能夠提供獨特的顏色的照明光及偵測，以提供不同顏色完成螢光偵測，使得核酸分析設備100可同時偵測多個目標並實現多重化偵測。
在實際操作中，當發光模組7之光軸或偵測模組8之光軸對位於偵測槽625時可能會有一些偏差的產生，而表2顯示當發光模組7之光軸或偵測模組8之光軸對位於偵測槽625時產生偏差時，兩種螢光染劑應用於本案之多色螢光激發及偵測裝置9的信噪比，表2清楚顯示了兩種螢光染劑應用於本案之多色螢光激發及偵測裝置9的信噪比之半高全寬(full-width at half maximum,FWHM)係介於-2度至2度之間，這代表當發光模組7之光軸或偵測模組8之光軸對位於偵測槽625時，多色螢光激發及偵測裝置9接受些許偏差的產生。
Figure 107131496-A0305-02-0015-3
第10圖為本案另一較佳實施例之多色螢光激發及偵測裝置之結構示意圖，第11圖為第10圖所示之多色螢光激發及偵測裝置之部分放大結構示意圖。於本實施例中，多色螢光激發及偵測裝置9之卡匣6、發光模組7及偵測模組8的結構與作動皆分別相似於第5圖及第6圖所示之多色螢光激發及偵測裝置9，故於此僅以相同的標號代表結構及功能相似而不再贅述。
於本實施例中，發光模組7係相鄰設置於前壁面，且發光模組7之光軸係對位於前壁面，而偵測模組8係相鄰設置於底壁面，且偵測模組8之光軸係對位於底壁面，換句話說，發光模組7產生的照明光穿透偵測槽625之前壁面，以照射偵測槽625內的螢光試樣並激發出螢光訊號，而螢光試樣所產生的螢光訊號穿透偵測槽625之底壁面，偵測模組8接收偵測槽625之底壁面所傳送之螢光訊號，並進一步轉換螢光訊號為電訊號。需注意的是，發光模組7及偵測模組8的設置位置並不僅侷限於上述實施例的設置位置，而可依據不同需求進行調整。
綜上所述，本案提供一種多色螢光激發及偵測裝置以及一種核酸分析設備，多色螢光激發及偵測裝置集合了發光模組、卡匣及偵測模組於單一裝置中，使得本案之多色螢光激發及偵測裝置具有緊密的結構、較小的體積以及較輕的重量的優勢。此外，本案之多色螢光激發及偵測裝置不需要昂貴的光學元件，故多色螢光激發及偵測裝置的成本較低。更甚者，由於複數個發光模組、複數個偵測槽及複數個偵測模組的配置，本案可達成多重化的核酸分析設備及多重化螢光偵測。此外，本案之多色螢光激發及偵測裝置的信噪比係較高的，且卡匣轉動時可允許些許的偏差。
6‧‧‧卡匣
62‧‧‧偵測晶片
623‧‧‧第一壁面
621‧‧‧第二壁面
63‧‧‧試劑儲存本體
7‧‧‧發光模組
71‧‧‧光源
72‧‧‧第一濾波器
73‧‧‧第一針孔
8‧‧‧偵測模組
81‧‧‧第二濾波器
82‧‧‧偵測器
83‧‧‧第二針孔

Claims (25)

  1. 一種多色螢光激發及偵測裝置，係包含：至少一發光模組，提供具有特定波長範圍之一照明光；一卡匣，包含一偵測晶片，該偵測晶片包含複數個偵測槽，環繞設置於該偵測晶片之外圍，其中每一該偵測槽內係容置對應之一螢光試樣，且每一該偵測槽包含一第一壁面及一第二壁面，其中該照明光穿透該第一壁面以照射該偵測槽內之該螢光試樣，並激發該螢光試樣以產生一螢光訊號穿透不具有任何孔洞的該第二壁面，其中該第一壁面及該第二壁面係分別具有特定的曲線；以及至少一偵測模組，接收該螢光訊號，並轉換該螢光訊號為一電訊號。
  2. 如請求項1所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該發光模組係相鄰設置於該第一壁面，且該發光模組之光軸係對位於該第一壁面，以及該偵測模組係相鄰設置於該第二壁面，且該偵測模組之光軸係對位於該第二壁面。
  3. 如請求項1所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該第一壁面係為一底壁面，該第二壁面係為一前壁面。
  4. 如請求項3所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中每一該偵測槽更包含一第三壁面、一第四壁面、一第五壁面及一第六壁面，其中該第三壁面係相對於該第一壁面，該第二壁面係相對於該第四壁面，該第五壁面係相對於該第六壁面，其中該第三壁面係為一上壁面，該第四壁面係為一後壁面，該第五壁面係為一第一側壁，該第六壁面係為一第二側壁。
  5. 如請求項4所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該第三壁面及該第一壁面係分別由一光學薄膜組成，其中該第三壁面之該光學薄膜之厚 度及該第一壁面之該光學薄膜之厚度係分別介於0.1mm至0.2mm之間，其中該第三壁面之該光學薄膜之折射率及該第一壁面之該光學薄膜之折射率係分別介於1.3至1.6之間。
  6. 如請求項1所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該第一壁面係為一前壁面，該第二壁面係為一底壁面。
  7. 如請求項1所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該發光模組包含：一光源，產生波長具有寬頻帶之該照明光；以及一第一濾波器，設置於該光源及該第一壁面之間，且使得具有特定波長範圍之該照明光通過。
  8. 如請求項7所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該光源係為一發光二極體或一雷射二極體。
  9. 如請求項7所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該發光模組更包含一第一針孔，設置於該光源及該第一濾波器之間，其中該第一針孔之孔徑大小係介於2.0mm至3.0mm之間。
  10. 如請求項1所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該偵測槽之體積大小係介於10uL至50uL之間。
  11. 如請求項1所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該偵測晶片係由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或環狀烯烴共聚物所組成，其中該偵測槽之折射率係介於1.3至1.6之間。
  12. 如請求項1所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該偵測模組包含： 一第二濾波器，接收該螢光訊號，且允許具有特定波長範圍之該螢光訊號通過；以及一偵測器，接收具有特定波長範圍之該螢光訊號，且轉換該螢光訊號為該電訊號。
  13. 如請求項12所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該偵測模組更包含一第二針孔，設置於該第二壁面及該第二濾波器之間，其中該第二針孔之孔徑大小係介於2.0mm至3.0mm之間。
  14. 如請求項12所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該偵測器係為一光電二極體、一雪崩光電二極體、一感光耦合元件或一互補式金屬氧化物半導體。
  15. 如請求項1所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該多色螢光激發及偵測裝置包含複數個發光模組及複數個偵測模組，其中該複數個發光模組係分別提供不同顏色之該照明光至對應之該偵測槽，該複數個偵測模組係接收對應之該螢光訊號。
  16. 如請求項1所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該偵測晶片係為一平面型流體晶片，且包含複數個偵測槽、至少一第一通道及至少一第二通道，其中該至少一第一通道係經由該至少一第二通道而連接於該複數個偵測槽。
  17. 如請求項1所述之多色螢光激發及偵測裝置，其中該偵測晶片係為圓形結構。
  18. 一種核酸分析設備，係包含：一多色螢光激發及偵測裝置，包含： 至少一發光模組，提供特定波長範圍之一照明光；一卡匣，包含一偵測晶片，該偵測晶片包含複數個偵測槽，環繞設置於該偵測晶片之外圍，其中每一該偵測槽內設置對應之一螢光試樣，且每一該偵測槽包含一第一壁面及一第二壁面，其中該照明光穿透該第一壁面以照射該偵測槽內之該螢光試樣，並激發該螢光試樣以產生一螢光訊號穿透不具有任何孔洞的該第二壁面，其中該第一壁面及該第二壁面係分別具有特定的曲線；以及至少一偵測模組，接收該螢光訊號，並轉換該螢光訊號為一電訊號；一槽體，用以容收該卡匣；一流體輸送單元，與該槽體連接，用以輸送該卡匣內的該螢光試樣進行試樣純化及/或核酸萃取；一溫度控制單元，設置於該槽體內，並提供一預設溫度，以進行核酸擴增；以及一旋轉驅動單元，與該槽體連接，並以一預設程式旋轉該卡匣。
  19. 如請求項18所述之核酸分析設備，其中該槽體係可被開啟，且包括一頂部槽體及一底部槽體，其中每一該發光模組係設置於該底部槽體之一容置空間內，且每一該偵測模組係設置於該頂部槽體上。
  20. 如請求項18所述之核酸分析設備，其中該發光模組包含：一光源，產生波長具有寬頻帶之該照明光；以及一第一濾波器，設置於該光源及該第一壁面之間，且允許具有特定波長範圍之該照明光通過。
  21. 如請求項20所述之核酸分析設備，其中該發光模組更包含一第一針孔，設置於該光源及該第一濾波器之間，其中該第一針孔之孔徑大小係介於2.0mm至3.0mm之間。
  22. 如請求項18所述之核酸分析設備，其中該偵測模組包含：一第二濾波器，接收該螢光訊號，且允許具有特定波長範圍之該螢光訊號通過；以及一偵測器，接收具有特定波長範圍之該螢光訊號，並且轉換該螢光訊號為該電訊號。
  23. 如請求項22所述之核酸分析設備，其中該偵測模組更包含一第二針孔，設置於該第二壁面及該第二濾波器之間，其中該第二針孔之孔徑大小係介於2.0mm至3.0mm之間。
  24. 如請求項18所述之核酸分析設備，其中該第一壁面係為一底壁面，該第二壁面係為一前壁面，或者該第一壁面係為一前壁面，該第二壁面係為一底壁面。
  25. 如請求項18所述之核酸分析設備，其中該偵測晶片係為圓形結構。
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