TWI823092B - 聚合酶鏈反應裝置 - Google Patents

Abstract

本案提供一種聚合酶鏈反應(PCR)裝置，包括：一輸送模組，其包含載台；軌道，該軌道為循環式且供該載台在該軌道中移動；及至少一個管座，該至少一管座排列在該載台上，並供至少一個反應管可拆卸式地設置；以及一供溫模組，其包含至少一個供溫塊，以調整至少一個反應管的溫度。

Description

聚合酶鏈反應裝置

本案係關於一種實驗用之反應裝置及反應方法，特別是關於一種能縮短樣本進行反應前等待上機的時間、具有共同的總供溫時間、具有共同的傳熱介質之聚合酶鏈反應(PCR)裝置。

聚合酶鏈反應(PCR)是反覆加熱和冷卻包括核酸的樣品溶液，並藉此指數擴增具有該特定鹼基序列區的核酸的技術。此擴增核酸的技術通常應用在生命科學、基因工程和醫學的領域中以用於分析和診斷。

目前市面上已開發出各種型態的PCR裝置來因應需求。在基礎實驗室中常見的方法是會將收集完成的各樣本加入於微量試管中，再將微量試管置入PCR裝置的機台中，使各樣本同時共同進行擴增核酸的循環。因此，此種批次式反應的裝置適合樣本數量大、要多樣本比對並分析的學術研究。

然而在臨床醫療上的醫學檢驗，卻不時會有需要立即取得檢驗結果以決定後續要採取的醫療手段的緊急情況，即簡稱STAT。若PCR裝置是以批次式來進行反應，且機台上正好有樣本在進行反應，則剛抵達欲鑑測的STAT樣本就必須等待前一個樣本完成反應後才能上機台進行反應，進而造成STAT樣本要取得檢驗結果的時間拉長。具體來說，取得檢驗結果的時間不只有STAT樣本本身的反應進行時間，還有等待前一個樣本進行完所剩反應的時間。情況嚴重者甚至可能因檢驗結果無法及時取得，而延誤樣本所屬患者的病情。再者，STAT樣本通常是緊急個案，樣本抵達的時間大都不一致。因此，雖然採用批次式反應的PCR裝置，但為求儘快取得結果就只能讓少量樣本先上機台，衍生設備使用效率不高、耗能等問題。

針對需要緊急取得結果的STAT樣本或抵達時間點不一致而無法收集完全再上機的樣本，已知有提供一PCR裝置，其具有複數個樣本槽供樣本置入，且該等複數樣本槽間可獨立地使各樣本進行反應。具體來說，複數個樣本槽可在不同時間點分別置入樣本，且針對各樣本槽置入樣本的時間點、樣本欲進行的反應類型，設定不同的供溫溫度、時間或循環次數。但此作為先前技術的一個大型PCR裝置等同於由複數個小型的PCR裝置所構成。由於該複數個小型PCR皆獨立地進行反應，而具有不同的供溫塊，其供溫模式也可能不同，造成該裝置沒有共同的供溫模組，而會使此大型PCR裝置衍生功率過高的問題。再者，由於該複數個小型PCR皆獨立地進行反應，甚至不易於控制品質（Quality control）。

據此，本領域需要能更快上機台來進行反應、更節省成本、更易於控制良好品質的PCR裝置。

有鑒於上述先前技術的問題，本案的一目的就是在提供一種聚合酶鏈反應(PCR)裝置。透過管座的設計，使各個反應管可獨立地、可拆卸式地設置在管座，不需要多個反應管批次式地設置。再者，為求反應管共享熱源以減少功率消耗，透過將管座排列在輸送模組上的設計，當輸送模組運轉時使設置在管座上的反應管會同步移動，而形成循環式裝置 。

根據本案之一目的，本案之一實施例提供一種聚合酶鏈反應裝置，其包括： 一輸送模組，其包含 載台； 軌道，該軌道為循環式且供該載台在該軌道中移動；及 至少一管座，該至少一管座排列在該載台上，並供至少一個反應管可拆卸式地設置； 以及 一供溫模組，其包含至少一個供溫塊，以調整該至少一個反應管的溫度 。

較佳地，該管座數量約為1至100個。

較佳地，該供溫模組另包含一傳熱介質與一輸出部。

較佳地，該輸出部係儲存及/或輸出該傳熱介質，該些供溫塊係調整該傳熱介質的溫度，且該輸出部與該些供溫塊以管線連接供該傳熱介質流通。

較佳地，該傳熱介質為氣體或液體。

較佳地，一部分的該些供溫塊共用同一個該輸出部。

較佳地，該供溫模組更包含一閥門，其控制該傳熱介質對該至少一個反應管的接觸。

較佳地，該PCR裝置更包含一控制模組，其控制該輸送模組的運轉模式與控制該供溫模組的供溫模式。

較佳地，該輸送模組的運轉模式包含該輸送模組運轉一圈使第一管座回到初始位置的過程中，該第一管座所停留站點的數量與停留在各站點的時間。

較佳地，該至少一管座所停留站點的數量為0至100個。

較佳地，該至少一管座停留各該站點的時間為1至300秒。

較佳地，該至少一管座彼此間所停留站點的數量與停留在站點的時間皆相同。

較佳地，該至少一管座停留在一個站點時進行一個PCR循環。

較佳地，該供溫模式包含供溫溫度與供溫時間。

較佳地，該供溫溫度在一PCR循環中的變性階段、退火階段及延伸階段依序為92～96℃、45～70℃及67～77℃。

較佳地，該供溫時間在一PCR循環中的變性階段、退火階段及延伸階段的總時間為1至300秒。

較佳地，該供溫模組具有至少一種供溫模式。

較佳地，該供溫模組在第一時間點對第一部分的管座以第一供溫模式調整溫度，對第二部分的管座則以第二供溫模式調整溫度，其中第一供溫模式與第二供溫模式間在供溫溫度與供溫時間至少者不同。

較佳地，該PCR裝置更包含一驅動模組，其提供動力驅動該載台。

較佳地，該PCR裝置更包含一檢測模組，其檢驗該至少一個反應管中產物的含量。

本發明的上述以及其它目的、特徵與優點，在參照以下的詳細說明與較佳實施例和隨文檢附的圖式後，將變得明顯。

以下係參照相關圖式以詳細描述實施例。然而，該些實施例可用不同型態來實現，但這並非實施或運用本案所請發明之具體實施例的唯一形式，故不應理解成對上述實施例之限制。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。相反的，提供該些實施例係讓本說明書可徹底且完整揭露，以充分地向本發明所屬技術領域中具有通常知識者完全表達本案所請發明之精神。圖式中相似的元件符號係指相似的元件。在以下的敘述中，將不會詳細描述習知的功能或結構，以不贅述實施例中不必要的細節。

除非另有定義，本文所用之所有技術用詞與術語均與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所通常理解的意義相同。在發生衝突的情況下，以包括定義在內之本說明書為準。

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。此外，在本說明書與申請專利範圍中，「至少一」與「一或更多」等表述方式的意義相同，兩者都代表包含了一、二、三或更多。

雖然用以界定本案所請發明較廣範圍的數值範圍與參數皆是約略的數值，此處已盡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。除了實施例之外，或除非另有明確的說明，當可理解本文中所用的所有範圍、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。在此處，將數值範圍表示成由一端點至另一段點或介於二端點之間；除非另有說明，此處所述的數值範圍皆包含端點。

本發明的一實施例提供一種聚合酶鏈反應(PCR)裝置，其包括：一輸送模組以及一供溫模組。本發明的實施例中，輸送模組包含軌道、載台與至少一個管座。

在一實施例中，該軌道為循環式。循環式軌道意即頭尾相接的軌道設計。在一實施例中，供該載台在該軌道中移動。由於該載台上排列有管座而管座設置有反應管，當該載台在軌道中移動時，反應管也會跟著在軌道中移動。本案所請發明透過循環式軌道的設計，就能使反應管隨著管座在軌道上移動，而對應至不同的供溫塊來調整溫度。在一實施例中，本案所請發明的軌道依功能而分為反應區與暫存區，其中反應區所指為使反應管經過該區軌道時會進行反應的軌道區域，暫存區則是反應管經過該區軌道時不會進行反應的軌道區域。暫存區又再細分為能置入欲進行反應的樣本的第一暫存區以及能取出已完成反應的第二暫存區。

以往批次式的裝置為了能在短時間獲得大量樣本的結果，因此設計成裝置中每一個要進行反應的批次能容納大量的樣本數量。但是，新的一批次之樣本則需要等待前一批次的樣本進行數個或數十個PCR循環完成之後才能起始反應，而無法在樣本抵達後儘速或甚至隨時起始反應。若為STAT樣本，此批次式裝置浪費了等待上裝置的時間，而會延宕得到結果的時程。本案所請發明針對STAT樣本，設計了容納少量樣本數的管座。換句話說，將批次式中每批次的樣本數減低，或甚至是減低至只有一個樣本，就能使STAT樣本盡快上機進行反應。

在一實施例中，該至少一管座排列在該載台上。在一較佳的實施例中，該管座彼此間等間隔地排列在該載台上。在一實施例中，該管座數量約為1至100個。在一實施例中，輸送模組具有60個管座，每個管座供一個反應管設置，則共60個反應管設置。意即，同一時間多達60個反應管在裝置上進行PCR反應。考量PCR裝置對樣本的容納數量，管座數量較佳約為1、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100個。

在一實施例中，該至少一管座供至少一個反應管可拆卸式地設置。在一較佳的實施例中，管座具有固定件。以確保當固定件扣上時能固定反應管的位置，避免反應管從管座中脫落或在管座中大幅度地晃動。在一實施例中，反應管設置於輸送模組的方向並未特別限定。但考量反應管設置的方便性，在一較佳的實施例中，反應管從輸送模組朝上的一面放入以設置或固定於輸送模組上的管座。在一實施例中，反應管以插入的方式設置於管座中。

在一實施例中，供溫模組設置於輸送模組的至少一側，但並未特別限定在輸送模組的上側、下側、左側、右側。在一較佳的實施例中，從操作便利性來考量，供溫模組設置於反應管所設置在輸送模組上的另一側。在一具體的實施例中，當反應管從上側設置於在輸送模組，則供溫模組設置於輸送模組的下側。在可行的實施例中，供溫模組還設置於該輸送模組的中心位置，達到更全面、效率地供溫管座以調整反應管溫度。本案所請發明的實施例中，該些供溫塊調整該至少一個反應管的溫度。供溫模組對反應管的供溫包含供溫一高於反應管原有的溫度使反應管溫度上升，以及供溫一低於反應管原有的溫度使反應管溫度下降。因此，供溫模組對反應管的供溫不限於加熱反應管升溫，而亦包含冷卻反應管降溫。

本發明的實施例中，供溫模組的態樣包含供溫塊式、液冷式及氣冷式。以下針對此三種供溫模組分別說明如下。

供溫塊式

本發明的實施例中，供溫塊式即傳統的PCR 模組中以加熱塊的加熱方式。供溫塊式是透過供溫塊與管座直接接觸來供溫反應管。供溫塊式的供溫模組包含至少一個供溫塊。在一實施例中，一個管座在軌道上的位置會對應一個供溫塊，該供溫塊會變換溫度使反應管中的反應物進行複數個步驟。在另一實施例中，一個管座在軌道上的位置會對應一供溫塊組，其中該供溫塊組包含複數個供溫塊，該複數個供溫塊間具有不同溫度且各供溫塊不會變換溫度，一個供溫塊僅使反應管中的反應物進行單一個步驟。

採用供溫塊式的供溫模組，PCR裝置可另配置一升降模組以抬升或下降輸送模組。當升降模組使輸送模組抬升，設置在輸送模組上的管座遠離供溫塊，供溫塊便不會接觸管座。反之，當升降模組使輸送模組下降，設置在輸送模組上的管座靠近供溫塊，供溫塊便接觸管座。在另一態樣中，相對於前述以升降模組以抬升或下降輸送模組，PCR裝置得配置一升降模組以抬升或下降供溫模組。兩者原理相同，管座是否接觸供溫塊，取決於透過升降模組調整輸送模組或供溫模組的相對位置。在一具體態樣中，該升降模組為機械手臂，以抓取管座以和供溫塊接觸或遠離，其中該機械手臂得包含大手臂與小手臂以微調移動位置。

液冷式

液冷式是以液體作為傳熱介質與管座接觸。液冷式的供溫模組可包含傳熱介質與輸出部。傳熱介質的成分可包含水、油或任何可導熱之液態介質或其組合。在一實施例中，輸出部係用來儲存及/或輸出該傳熱介質。在一實施例中，該輸出部與該供溫塊以管線連接，該供溫塊與管座以管線連接。

在一實施例中，液冷式的供溫模組可包含一個輸出部，一個輸出部透過管線與不同溫度的供溫塊連接。舉例來說，若管座設置有60個，則由該一個輸出部輸出的傳熱介質，會分別經第一管線、第二管線、第三管線至第六十管線，與第一供溫塊、第二供溫塊、第三供溫塊至第六十供溫塊接觸。

在另一實施例中，液冷式的供溫模組可包含複數個輸出部，且該複數個輸出部中的各輸出部分別以管線連接相同溫度的供溫塊。舉例來說，若管座設置有60個、供溫塊（供溫塊組）設置有4個且該等供溫塊的溫度不同，則配置4個輸出部分別輸出傳熱介質，經第一管線、第二管線、第三管線至第四管線，與第一供溫塊、第二供溫塊、第三供溫塊至第四供溫塊接觸。在一具體實施例中，輸出部係儲液槽。在液冷式中，複數個輸出部的態樣，由於同一個輸出部中的傳熱介質固定地移動至 相同溫度的供溫塊，而不會使不同輸出部的傳熱介質匯流，易於回收後再次輸出而無需大幅度調整溫度。

液冷式的供溫模組可包含至少一個供溫塊。在一實施例中，一個管座透過管線連接一個供溫塊，該供溫塊會變換溫度使反應管中的反應物進行複數個步驟。在另一實施例中，一個管座透過管線連接一供溫塊組，其中該供溫塊組包含複數個供溫塊，該複數個供溫塊間具有不同溫度且不會變換溫度，一個供溫塊僅使反應管中的反應物進行單一個步驟。在又另一實施例中，複數個管座透過管線連接同一供溫塊或供溫塊組，意即複數個管座間共用該供溫塊或供溫塊組。

液冷式的供溫模組更包含一閥門。該閥門控制著與特定溫度接觸的該傳熱介質對該至少一個反應管的接觸。在一實施例中，該形狀為如具有缺角的胡椒罐的罐蓋，以旋轉蓋子的方式開關閥門。當蓋子缺角的部分對應到管線，傳熱介質便會接觸管座。反之，當蓋子未缺角的部分對應到管線，則使傳熱介質無法接觸管座。在一實施例中，該閥門形狀為如具有彈簧的彈珠，以按壓彈珠的方式開關閥門。當管座對應到彈珠便會下壓彈珠，傳熱介質便會接觸管座。反之，當管座沒有對應到彈珠，彈珠便會彈起而堵住管線，則使傳熱介質無法接觸管座。閥門依型態不同，閥門的開啟與關閉得選擇藉由控制模組來調控。

在一實施例中，液冷式的供溫模組可包含一加熱座。該加熱座設置於閥門與管座之間，其形狀如洗手台的槽體。具體來說，該加熱座的底部設置出水口使傳熱介質流出並積存在槽體中，管座會浸入積存的傳熱介質。在一實施例中，於該輸出部與管線連接的相反端設置一泵，利用加壓來輸出傳熱介質。在另一實施例中，該加熱座與管線連接的相反端設置一真空裝置，利用負壓來輸出傳熱介質。

在液冷式的實施例中，傳熱介質的路徑如下：傳熱介質由輸出部以泵對傳熱介質施加壓力而輸出；傳熱介質經管線流動至供溫塊，藉由供溫塊調整傳熱介質的溫度；傳熱介質經管線流動至閥門；閥門開啟使傳熱介質進入加熱座接觸管座；傳熱介質回收至輸出部。

氣冷式

氣冷式是以氣體作為傳熱介質與管座接觸。氣冷式的供溫模組可包含傳熱介質與輸出部。傳熱介質的成分可為空氣、鈍氣或其組合。在一實施例中，輸出部係用來儲存及/或輸出該傳熱介質。在一實施例中，該輸出部與該供溫塊以管線連接，該供溫塊與管座以管線連接。

在一實施例中，氣冷式的供溫模組可包含一個輸出部，一個輸出部透過管線與不同溫度的供溫塊連接(單位時間的總風量都相同)。舉例來說，若管座設置有60個，則由該一個輸出部輸出的傳熱介質，會分別經第一管線、第二管線、第三管線至第六十管線，與第一供溫塊、第二供溫塊、第三供溫塊至第六十供溫塊接觸。在氣冷式中，單一個輸出部的態樣確保移動至各管線的傳熱介質的量與質相同，有利於裝置的品質控管同一時間點一站點僅有一溫控閥門會開啟，單位時間內總開啟閥門數相同，總耗風量固定。

在另一實施例中，氣冷式的供溫模組可包含複數個輸出部，且該複數個輸出部中的各輸出部以管線分別連接相同溫度的供溫塊。舉例來說，若管座設置有60個、供溫塊（供溫塊組）設置有4個且該等供溫塊的溫度不同，則配置4個輸出部分別輸出傳熱介質，經第一管線、第二管線、第三管線至第四管線，與第一供溫塊、第二供溫塊、第三供溫塊至第四供溫塊接觸。在一具體實施例中，輸出部係風扇，該風扇轉動輸出作為傳熱介質的氣體。在一實施例中，風扇設置於供溫塊與管座連接的相反端。

氣冷式的供溫模組可包含至少一個供溫塊。在一實施例中，一個管座透過管線連接一個供溫塊，該供溫塊會變換溫度使反應管中的反應物進行複數個步驟。在另一實施例中，一個管座透過管線連接一供溫塊組，其中該供溫塊組包含複數個供溫塊，該複數個供溫塊間具有不同溫度且不會變換溫度，一個供溫塊僅使反應管中的反應物進行單一個步驟。在又另一實施例中，複數個管座透過管線連接一個供溫塊或供溫塊組，意即複數個管座間共用一個供溫塊或供溫塊組。

氣冷式的供溫模組更包含一閥門。該閥門控制著與特定溫度接觸的該傳熱介質對該至少一個反應管的接觸。在一實施例中，該閥門形狀為如具有缺角的胡椒罐的罐蓋，以旋轉蓋子的方式開關閥門。當蓋子缺角的部分對應到管線，傳熱介質便會接觸管座。反之，當蓋子未缺角的部分對應到管線，則使傳熱介質無法接觸管座。在一實施例中，該閥門形狀為如具有彈簧的彈珠，以按壓彈珠的方式開關閥門。當管座對應到彈珠便會下壓彈珠，傳熱介質便會接觸管座。反之，當管座沒有對應到彈珠，彈珠便會彈起而堵住管線，則使傳熱介質無法接觸管座。閥門依型態不同，閥門的開啟與關閉得選擇藉由控制模組來調控。

在一實施例中，於該輸出部與管線連接的相反端設置一泵，利用加壓來輸出傳熱介質。在另一實施例中，該加熱座與管線連接的相反端設置一真空裝置，利用負壓來輸出傳熱介質。在一具體實施例中，該輸出部的風扇可替換為抽氣或真空裝置。該抽氣或真空裝置與管座連接，透過抽走或抽空管座端的空氣，使供溫塊端的空氣經過供溫塊後再吹向管座。

在氣冷式的實施例中，傳熱介質的路徑如下：傳熱介質由輸出部輸出；傳熱介質經管線移動至供溫塊，藉由供熱塊調整傳熱介質的溫度；傳熱介質經管線移動至閥門；閥門開啟使傳熱介質接觸管座；傳熱介質排出或回收。在氣冷式中，單一個輸出部的態樣確保移動至各管線的傳熱介質的量與質相同，有利於裝置的品質控管同一時間點一站點僅有一溫控閥門會開啟，單位時間內總開啟閥門數相同，總耗風量固定。

本發明的實施例中，更包含一控制模組，其控制該輸送模組的運轉模式。該輸送模組的運轉模式包含該輸送模組運轉一圈使第一管座回到初始位置的過程中，該第一管座所停留站點的數量(應即為站點總數量)與停留在各站點的時間。在一實施例中，該至少一管座所停留站點的數量為0至100個。在一實施例中，該至少一管座停留各該站點的時間為1至300秒。

在該至少一管座所停留站點的數量為0個的條件下，該輸送模組運轉模式為連續式的態樣。意即，該輸送模組會持續地運轉使管座不會停留在站點。當該至少一管座所停留站點的數量為大於0的正整數時，該輸送模組運轉模式為間歇式的態樣。意即該輸送模組會停止運轉使管座停留在站點。輸送模組運轉一圈使同一個管座回到初始位置的過程中該至少一管座所停留站點的數量，在裝置設計上可行的範圍內並不特別限定。停留站點的數量可為1、5、10、15、20、30、40、50、60至100個。

本案所請發明的實施例中，該至少一管座彼此間所停留站點的數量與停留在站點的時間皆相同。本案所請發明採用循環式的設計，因此設置於輸送模組上的全數管座，會隨著輸送模組運轉時一併連動。管座彼此間所停留站點的數量與停留在站點的時間自然相同。

一個PCR循環中包含變性階段、退火階段、延伸階段的步驟，且該等階段需要以不同溫度來進行反應。在一實施例中，該至少一管座停留在一個站點時進行PCR循環中的一個階段，因此停留在該站點只會維持在同一個溫度。舉例來說，該至少一管座停留在一個站點時得進行pre PCR。在另一實施例中，該至少一管座停留在一個站點時進行PCR循環中複數個階段，因此停留在該站點會變換為不同的溫度。

在又一個實施例中，該至少一管座停留在一個站點時進行一個完整的PCR循環，因此停留在該站點會變換為PCR循環中的所有階段中的不同溫度。管座隨輸送模組運轉繞行一圈回到初始位置的過程中所停留站點的數量，即等同於設置於該管座上的反應管所進行的PCR循環數。由於每個管座都會在軌道上同步移動，故停留在每個站點的時間相同，在每個站點所進行反應的時間也相同。在此情況下，管座隨輸送模組運轉繞行一圈回到初始位置的過程中所停留站點的數量，即大於設置於該管座上的反應管所進行的PCR循環數。

在上述的供溫塊式、液冷式或氣冷式中，若一個管座對應一個供溫塊，則完成一個PCR循環就需要該供溫塊改變溫度以進行不同階段。但若一個管座對應一個或多個供溫塊組，如同本案實施例所演示，其中至少包含第一供溫塊、第二供溫塊、第三供溫塊，則能分別提供一個PCR循環中所包含變性、退火、延伸階段所需的第一溫度、第二溫度、第三溫度，且第一溫度、第二溫度、第三溫度之間的溫度不同。藉此，管座就能在不同溫度間迅速切換。相對於只有一個供溫塊對應管座的態樣，能省下單一供溫塊為進行不同階段而轉換溫度所耗費的時間。

本案所請發明的實施例中，更包含一控制模組以控制該供溫模組的供溫模式，其中供溫模式可包含供溫時間與供溫溫度。供溫模式可依照樣本與核酸聚合酶的特性來調整。在一實施例中，供溫溫度在一PCR循環中的變性階段、退火階段及延伸階段依序為92～96℃、45～70℃或67～77℃。在一實施例中，供溫時間在上述變性階段、退火階段及延伸階段依序為0.25～75秒、0.25～150秒或0.5～75秒，一個PCR循環的總供溫時間約為1至300秒。

在一實施例中，該供溫模組具有至少一種供溫模式。該供溫模組在第一時間點對第一部分的管座以第一供溫模式調整溫度，對第二部分的管座則以第二供溫模式調整溫度。其中，第一供溫模式與第二供溫模式間在供溫溫度與供溫時間至少一者不同。具體來說，第1個管座在PCR循環的不同階段中的供溫溫度依序分別為95℃、60℃或72℃，供溫時間分別為15秒、30秒或15秒，第60個管座的供溫溫度同第1組管座，但供溫時間得分別調整為10秒、20秒或30秒。這是因為設置在第1管座上的第1反應管中的樣本，首先停留在第1站點時進行第1個PCR循環反應，隨著輸送模組運轉移動至後續站點而進行PCR循環，依此類推停留在第59站點時進行第59個PCR循環後，即將停留在第60站點的第1反應管中的核酸樣本相對於停留在第1站點的第1反應管中的初始樣本，其中的核酸量已呈倍數增加，故變性步驟的供溫時間可再縮短。本案所請發明的裝置中，該供溫模組中對部分管座的供溫模式可依需求調整，可以設定第三供溫模式，其與第一供溫模式和第二供溫模式間在供溫溫度與供溫時間至少一者不同。

在一實施例中，聚合酶鏈反應(PCR)裝置更包含一驅動模組，其提供動力驅動該載台。在一可行的實施例中，驅動模組可包含馬達與動力傳輸構件。馬達輸出動力後，藉由齒輪或皮帶作為動力傳輸構件，將動力提供給載台，使載台轉動。

在一實施例中，聚合酶鏈反應(PCR)裝置更包含一檢測模組，其檢驗該至少一個反應管中產物的含量。在可行的實施例中，在輸送模組上架設檢測模組，以檢測位於反應管中的產物含量。在較佳的實施例中，每個反應管都各架設獨立地檢測單元而能隨時監控產物含量。

實施例

圖1顯示本案PCR裝置的剖面圖。PCR裝置1包括輸送模組11、反應管12與供溫模組13。輸送模組11包含軌道111、載台112與12個管座113。載台112接收來自驅動模組15所提供的動力來運轉，而在軌道111中移動。管座113排列在載台112上。反應管12可拆卸式地設置於管座113。供溫模組13位於輸送模組11的下側。供溫模組13包含12個供溫塊131、傳熱介質132與輸出部133、閥門134。閥門134控制傳熱介質132對反應管12的接觸。PCR裝置1更包括控制模組14以控制該輸送模組11的運轉模式與控制供溫模組13的供溫模式。

如圖2所示，是本案PCR裝置的俯視圖。PCR裝置包含12個管座113，排列於載台112上。

如圖3、4、5、6與7所示，是本案PCR裝置的供溫模組13中供溫模式的示意圖。圖3顯示供溫模組13包含2個供熱塊、傳熱介質132與1個輸出部133，其中每個供熱塊131會變換不同溫度。圖中例示有2個管座，其中分別設置有反應管（圖中未顯示），左側者以下稱第一管座，右側者以下稱第二管座。供溫塊131變換的4個不同溫度，分別為4℃（核酸放大產物保存用）、60℃（引子黏合用）、72℃（DNA聚合用）與94℃（DNA變性用）。傳熱介質132共同由1個輸出部133輸出，再分別經管線與供溫塊131接觸。傳熱介質132經供溫塊131調整溫度後，再經管線向管座流動。對應第一管座及第二管座的2個閥門134皆對供溫塊131調整溫度的傳熱介質132開啟。

圖4顯示供溫模組13包含2組供熱塊組，每組供熱塊組中具有4個不同溫度的供溫塊131、傳熱介質132與1個輸出部133。圖中例示有2個管座，其中分別設置有反應管（圖中未顯示），左側者以下稱第一管座，右側者以下稱第二管座。4個不同溫度的供溫塊131，其溫度分別為4℃（核酸放大產物保存用）、60℃（引子黏合用）、72℃（DNA 聚合用）與94℃（DNA 變性用）。傳熱介質132共同由1個輸出部133輸出，再分別經管線與不同溫度的供溫塊131接觸。傳熱介質132經供溫塊131調整溫度後，再經管線向管座流動。對應第一管座及第二管座的2個閥門134皆對經溫度4℃供溫塊131調整溫度的傳熱介質132開啟，對經其他溫度的供溫塊131調整溫度的傳熱介質132關閉。

圖5顯示供溫模組13包含具有4個不同溫度的供溫塊131、傳熱介質132與1個輸出部133。圖中例示有2個管座，其中分別設置有反應管（圖中未顯示），左側者以下稱第一管座，右側者以下稱第二管座。4個不同溫度的供溫塊131，其溫度分別為4℃、60℃、72℃與94℃。傳熱介質132共同由1個輸出部133輸出，再分別經管線與不同溫度的供溫塊131接觸。傳熱介質132經供溫塊131調整溫度後再經管線向管座流動。對應第一管座及第二管座的2個閥門134皆對經溫度4℃供溫塊調整溫度的傳熱介質132開啟，對經其他溫度的供溫塊131供溫的傳熱介質132關閉。

圖6顯示的構件與圖5相同。不同點在於，供溫模組包含4個輸出部133，分別與不同溫度的供溫塊131單獨連接。又一不同點在於，對應第一管座及第二管座的2個閥門134皆對經溫度60℃供溫塊131調整溫度的傳熱介質132開啟，對經其他溫度的供溫塊131調整溫度的傳熱介質132關閉。

圖7顯示的構件與圖5相同。不同點在於，對應第一管座的閥門134對經溫度4℃供溫塊131調整溫度的傳熱介質132開啟，對經其他溫度的供溫塊131調整溫度的傳熱介質132關閉；對應第二管座的閥門對經溫度60℃供溫塊131調整溫度的傳熱介質132開啟，對經其他溫度的供溫塊131調整溫度的傳熱介質132關閉。

第一實施例

PCR裝置的輸送模組上包含24個管座，而可供24個樣本隨著輸送模組運轉而依序設置於管座中進行反應。運轉模式為間歇式，停留的站點為24個、停留的時間為1分鐘45秒。供溫模組採用氣冷式，包含一個風扇作為輸出部，風扇輸出的氣體作為傳熱介質，以及分別具有3個供溫塊。輸出部、供溫塊與管座間以管線連接使傳熱介質流動，供溫塊與管座間的管線上設置閥門以控制氣體接觸管座。風扇輸出的氣體分流入3個不同管道，以分別連接至3個供溫塊。經每一個供溫塊供溫的氣體再分流入24個不同管道，以分別連接至24個管座。供溫模式中3個供溫塊的供溫溫度分別為94℃、60℃、72℃，供溫時間分別為20秒、60秒、25秒，對每個管座的供溫模式都相同。供溫模式的供溫時間共1分鐘45秒，而同步於運轉模式中的停留時間。

第二實施例

PCR裝置的輸送模組上包含48個管座，而可供48個樣本隨著輸送模組運轉而依序設置於管座中進行反應。運轉模式為連續式，沒有停留的站點、停留的時間，每個管座連接至供溫模組管線的時間是1分鐘。供溫模組採用氣冷式，包含一個風扇作為輸出部，風扇輸出的氣體作為傳熱介質，以及分別具有3個供溫塊。輸出部、供溫塊與管座間以管線連接使傳熱介質流動，供溫塊與管座間的管線上設置閥門以控制氣體接觸管座。風扇輸出的氣體分流入3個不同管道，以分別連接至3個供溫塊。經每一個供溫塊供溫的氣體再分流入48個不同管道，以分別連接至48個管座。供溫模式中3個供溫塊的供溫溫度分別為95℃、65℃、77℃，供溫時間分別為25秒、55秒、20秒，對每個管座的供溫模式都相同。供溫模式的供溫時間共1分鐘40秒，而同步於運轉模式中與每個管座所連接的時間。

第三實施例

PCR裝置的輸送模組上包含60個管座，而可供60個樣本隨著輸送模組運轉而依序設置於管座中進行反應。運轉模式為間歇式，停留的站點為60個、停留的時間為1分鐘。供溫模組採用液冷式，包含3個儲液槽作為輸出部，儲液槽輸出的液體作為傳熱介質，以及分別具有3個供溫塊。輸出部、供溫塊與管座間以管線連接使傳熱介質流動，供溫塊與管座間的管線上設置閥門以控制液體接觸管座。儲液槽輸出的液體分流入3個不同管道，以分別連接至3個供溫塊。經每一個供溫塊供溫的液體再分流入60個不同管道，以分別連接至60個管座。供溫模式中3個供溫塊的供溫溫度分別為92℃、55℃、67℃，供溫時間分別為15秒、30秒、15秒，對每個管座的供溫模式都相同。供溫模式的供溫時間共1分鐘，而同步於運轉模式中的停留時間。

第四實施例

PCR裝置的輸送模組上包含60個管座，而可供60個樣本隨著輸送模組運轉而依序設置於管座中進行反應。運轉模式為間歇式，停留的站點為60個、停留的時間為1分鐘。供溫模組採用液冷式，包含3個儲液槽作為輸出部，儲液槽輸出的液體作為傳熱介質，以及分別具有3個供溫塊。輸出部、供溫塊與管座間以管線連接使傳熱介質流動，供溫塊與管座間的管線上設置閥門以控制液體接觸管座。儲液槽輸出的液體分流入4個不同管道，以分別連接至4個供溫塊。經每一個供溫塊供溫的液體再分流入60個不同管道，以分別連接至60個管座。供溫模式中4個供溫塊的供溫溫度分別為95℃、55℃、72℃及4℃。第1至10個管座供溫溫度95℃、供溫時間1分鐘，進行熱啟動聚合酶連鎖反應中（Hot start PCR）使聚合酶在高熱下活化的步驟。第11至55個管座供溫溫度分別為95℃、55℃、72℃、供溫時間分別為15秒、30秒、15秒，每個管座能進行1個PCR循環，共45個循環。第55至60個管座供溫溫度4℃、供溫時間1分鐘。此態樣的60個管座間共具有3種不同的供溫模式。供溫模式的供溫時間共1分鐘，而同步於運轉模式中的停止運轉時間。

如上所述，透過本案所述之PCR反應裝置，可達成小單位數量的樣本能盡快上PCR裝置進行反應之目的。相較於以往批次式，本案提供的是循環式PCR裝置，藉由輸送模組的運轉使管座在不同站點間移動，讓設置於管座上的反應管中的樣本隨著站點移動進行PCR。新抵達的樣本只要等待一個PCR循環的時間，就能立刻設置在PCR裝置中閒置的管座上起始反應。

本案所請發明利用輸送模組的設計，以共用供溫塊、傳熱介質及/或輸出部，而能達到節省能源，且縮小裝置體積又能節省空間的效果。

透過輸送模組運轉使各管座同步移動，因此反應管所進行的一個PCR循環的時間相同，有利於品質管控，也便於紀錄完成的循環數。雖然反應管進行一個PCR循環的總時間相同，但PCR循環中各步驟的模式則可以自由調控，而能因應不同樣本的各種需求。

以上所述僅為示例性，而非為限制性。任何未脫離本發明的精神與範疇，而對其進行的等效修改或變更，均應包含於申請專利範圍所界定的範圍中。

1:聚合酶鏈反應(PCR)裝置 11:輸送模組 111:軌道 1111:軌道之反應區 1112:軌道之暫存區 112:載台 113:管座 13:供溫模組 131:供溫塊 132:傳熱介質 133:輸出部 134:閥門 14:控制模組 15:驅動模組

在以下的詳細描述中，為了解釋本發明，提供了許多具體細節，以便能徹底理解所揭露的實施方式。然而，顯而易見的是，一個或多個的實施方式可以在沒有所述具體細節的情況下實現。在其它情況中，為了簡化附圖，習知的結構和流程將以示意性的方式顯示。

圖1係本案PCR裝置的剖面圖。

圖2係本案PCR裝置的俯視圖。

圖3係本案PCR裝置中供溫模組之一個管座連接一個供溫塊的示意圖，其中列舉的兩個供溫塊會變換溫度以供溫給兩個分別對應之反應管。其他供溫塊與管座以及反應管未顯示。

圖4係本案PCR裝置中供溫模組之一個管座連接一個供溫塊組的示意圖，其中列舉的兩組供溫塊組中所包含的複數個供溫塊間具有不同溫度且不會變換溫度，都以第一溫度（4℃）供溫予分別對應之反應管。其他供溫塊與管座以及反應管未顯示。

圖5係本案PCR裝置中供溫模組之複數個管座連接同一供溫塊組的示意圖，其中列舉的一組供溫塊組中所包含的複數個供溫塊間具有不同溫度且不會變換溫度，以第一溫度（4℃）供溫予兩個反應管。其他供溫塊與管座以及反應管未顯示。

圖6係本案PCR裝置中供溫模組之複數個管座連接同一供溫塊組且複數個輸出部連接不同供溫塊的示意圖，其中列舉的一組供溫塊組與5圖者相同但以第二溫度（60℃）供溫予兩個反應管。其他供溫塊與管座以及反應管未顯示。

圖7係本案PCR裝置中供溫模組之複數個管座連接同一供溫塊組的示意圖，其中列舉的一組供溫塊組與5圖者相同但以第一溫度（4℃）供溫予第一反應管（圖中左側）、以第二溫度（60℃）供溫予第二反應管（圖中右側）。其他供溫塊與管座以及反應管未顯示。

1:聚合酶鏈反應(PCR)裝置

11:輸送模組

111:軌道

112:載台

113:管座

13:供溫模組

131:供溫塊

132:傳熱介質

133:輸出部

134:閥門

14:控制模組

15:驅動模組

Claims (19)

1. 一種聚合酶鏈反應裝置，包括：一輸送模組，其包含載台；軌道，該軌道為循環式且供該載台在該軌道中移動；及至少一管座，該至少一管座排列在該載台上，並供至少一個反應管可拆卸式地設置；一供溫模組，其包含至少一個供溫塊，以調整該至少一個反應管的溫度；以及複數個站點，沿該軌道設置，供至少一個反應管在該複數個站點停留時分別進行至少一個PCR循環。
2. 如請求項1所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該管座數量約為1至~100個。
3. 如請求項1所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該供溫模組另包含一傳熱介質與一輸出部。
4. 如請求項3所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該輸出部係儲存及/或輸出該傳熱介質，該些供溫塊係調整該傳熱介質的溫度，且該輸出部與該些供溫塊以管線連接供該傳熱介質流通。
5. 如請求項3所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該傳熱介質為氣體或液體。
6. 如請求項3所述之聚合酶鏈反應裝置，一部分的該些供溫塊共用同一個該輸出部。
7. 如請求項3所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該供溫模組更包含一閥門，其控制該傳熱介質對該至少一個反應管的接觸。
8. 如請求項1所述之聚合酶鏈反應裝置，更包含一控制模組，其控制該輸送模組的運轉模式與控制該供溫模組的供溫模式。
9. 如請求項8所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該輸送模組的運轉模式包含該輸送模組運轉一圈使第一管座回到初始位置的過程中，該第一管座所停留的該複數個站點的數量與停留在各該站點的時間。
10. 如請求項9所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該至少一管座所停留的該複數個站點的數量為0至100個。
11. 如請求項9所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該至少一管座停留各該站點的時間為1至300秒。
12. 如請求項9所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該至少一管座彼此間所停留的該複數個站點的數量與停留在各該站點的時間皆相同。
13. 如請求項8所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該供溫模式包含供溫溫度與供溫時間。
14. 如請求項13所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該供溫溫度在一PCR循環中的變性階段、退火階段及延伸階段依序為92~96℃、45~70℃及67~77℃。
15. 如請求項13所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該供溫時間在一PCR循環中的變性階段、退火階段及延伸階段的總時間為1至300秒。
16. 如請求項8所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該供溫模組具有至少一種供溫模式。
17. 如請求項16所述之聚合酶鏈反應裝置，其中該供溫模組在第一時間點對第一部分的管座以第一供溫模式調整溫度，對第二部分的管座則以第二供溫模式調整溫度，其中第一供溫模式與第二供溫模式間在供溫溫度與供溫時間至少一者不同。
18. 如請求項1所述之聚合酶鏈反應裝置，其更包含一驅動模組，其提供動力驅動該載台。
19. 如請求項1所述之聚合酶鏈反應裝置，其更包含一檢測模組，其檢驗該至少一個反應管中產物的含量。

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