TWM578298U - Nucleic acid detection device - Google Patents

Abstract

本創作提出一種核酸檢測檢測裝置，本裝置可讓操作員無須等到整個聚合酶連鎖反應（Polymerase chain reaction, PCR）執行結束，即可提前判斷出測試樣本中是否包含有某特定核酸片段。亦即當操作員預定執行一預設次數之聚合酶連鎖反應之實驗步驟時，在尚未執行完該預設次數之聚合酶連鎖反應時，便先將核酸樣本液瓶取出透過本裝置來觀測是否有呈現螢光反應，若有則表示樣本液中包含有該特定核酸片段，而可評估是否繼續執行剩餘次數之聚合酶連鎖反應。

Description

核酸檢測裝置

本創作是關於一種核酸檢測裝置。

聚合酶連鎖反應（Polymerase Chain Reaction, PCR）是由凱利·穆利斯（Kary Mullis）所新型，且凱利·穆利斯在新型聚合酶連鎖反應的七年之後，也就是1993年10月獲得了諾貝爾化學獎。凱利·穆利斯所提出的構想是利用反覆執行一道相同程序，並利用一種特殊的酶（即聚合酶）來擴增特定的核酸片段。

進一步地說，聚合酶連鎖反應係利用引子（primer）辨識並結合至可配對之核酸後，再透過聚合酶（polymerase）來進行核酸聚合的一種化學反應。透過多次擴增循環後，可大量複製出目標核酸序列的片段。當目標核酸序列的片段被反覆複製，進而在樣本液中的濃度達可觀測的程度時，便可以停止複製程序而交由檢測員進行觀測。

聚合酶連鎖反應常被用來檢測某個基因或核酸序列是否存在，藉此檢測出檢體中是否存有特定的細菌、病毒或其他微生物。聚合酶連鎖反應之反應速率與其每個擴增循環中所設定之溫度有關。聚合酶連鎖反應一般可區分為三個步驟，第一步驟為變性反應，其係利用高溫（約93~98 ^oC）破壞雙股核酸的氫鍵和凡得瓦力，使交纏的雙股核酸分開成二個單股來做為複製的模板；第二步驟為引子配對反應，其係透過降低溫度（約35~65 ^oC）使核酸引子鍵結於模板的二端；第三步驟為核酸聚合反應，其係將溫度升高至聚合酶的作用溫度（約72 ^oC），聚合酶會辨認出鍵結於模板二端之核酸引子，並以此為起點進行複製而複製出與模板相同的核酸序列。通常每個循環約需2.5至4.5分鐘，經過N次成功的擴增循環則可以得到2 ^N個目標產物。

進行聚合酶連鎖反應時還可以加入螢光染劑，螢光染劑可以跟雙股核酸結合，因此當隨著擴增循環的次數增加而產生更多雙股核酸時，將有更多的螢光染劑與雙股核酸結合，此時只要提供激發光源，便可以發現樣本液中的螢光強度隨著擴增循環的次數增加而以指數級的程度增強。

本創作提出一種核酸檢測裝置，包含一殼體，具有一第一表面與一第二表面，該第一表面凹設有一容置槽，該容置槽用以容置一核酸樣本液瓶；一光源，設置於該殼體，用以對該核酸樣本液瓶發射光線以激發該核酸樣本液瓶內之螢光染劑產生一螢光；一蓋體，連接於該殼體而可覆蓋該殼體之第一表面，該蓋體具有一視窗，該視窗正對該容置槽之開口；及一濾光片，設置於該蓋體之該視窗，用以過濾該螢光之波長以外之光線。

在本創作之一實施例中，容置槽係位於殼體之角隅位置。

在本創作之一實施例中，蓋體係為可撓。

在本創作之一實施例中，殼體之第二表面披覆有一可撓層，蓋體藉由連接於可撓層而連接於殼體。

在本創作之一實施例中，蓋體之材質係選自橡膠或矽膠。

由於聚合酶連鎖反應必須歷經多次升溫-降溫循環，不僅耗能也耗時。此外，倘若是為了確定檢測檢體中是否存有特定的細菌、病毒或其他微生物，此時由於不確定目標核酸序列是否存在於樣本液中，若每次都必須經歷多次擴增循環之後才進行判斷，將讓檢測時間過度增長。

若能於預設執行40次擴增循環的途中，例如已經執行30次，先行將樣本液自聚合酶連鎖反應裝置中取出並觀測是否有螢光反應，倘若全然沒有螢光反應，即可判定目標核酸序列並不存在，或者是聚合酶連鎖反應的實驗條件可能出問題。此時操作員可檢視實驗條件是否有誤，若實驗條件正確，便有相當信心可判定目標核酸序列並不存在。若是有觀測到螢光反應，便可初步判定聚合酶連鎖反應的實驗條件應屬正確，且樣本液中含有所要觀測的目標核酸序列，此時可將樣本液放回聚合酶連鎖反應裝置中繼續執行後續的擴增循環。

進行聚合酶連鎖反應時還可以加入螢光染劑，螢光染劑可以跟雙股核酸結合，因此當擴增循環的操作過程成功而產生更多雙股核酸時，將有更多的螢光染劑與雙股核酸結合，此時只要提供激發光源，便可以發現樣本液中的螢光強度隨著擴增循環的次數增加而增強。以下將詳細說明如何使用本創作所提出的核酸檢測裝置來改善傳統的聚合酶連鎖反應實驗步驟。

首先備置一核酸樣本液，樣本液中包含核酸模板、核酸引子、聚合酶與螢光染劑。核酸樣本液係存放於一核酸樣本液瓶中，此核酸樣本液瓶的外觀與尺寸為統一標準規格。

當核酸樣本液製備完畢後，便可將核酸樣本液瓶放置於聚合酶連鎖反應裝置中而對核酸樣本液執行聚合酶連鎖反應。每一次的聚合酶連鎖反應主要包含三個步驟，分別為變性反應步驟、引子配對反應步驟與核酸聚合反應步驟。依照所欲檢測的目標核酸序列的種類不同以及所使用的引子、聚合酶的不同，所預設執行聚合酶連鎖反應的次數以及每次所需耗費的時間也會有所不同。通常會執行30至40次，理論上可以將極微量的核酸序列放大2 ³⁰至2 ⁴⁰倍。假設核酸樣本液的係預設執行N次聚合酶連鎖反應以得到足夠之核酸濃度，當已執行m次（m小於N）之聚合酶連鎖反應時，便可以事先觀察核酸樣本液是否有螢光反應。

觀察螢光反應的方式可以透過操作員直接自聚合酶連鎖反應裝置中取出核酸樣本液瓶，然後於暗室中以手持的方式直接以光源照射來進行觀察，此外，也可以放在本創作所提出之核酸檢測裝置（後續將詳細說明其具體結構）中來進行觀察。

實驗顯示，當預設執行36次以上之聚合酶連鎖反應時，m的值可以選擇在(N-10)至(N-5)之範圍間。當預設執行30至35次之聚合酶連鎖反應時，m的值可以在0.6N至0.9N之範圍間。當預設執行25至30次之聚合酶連鎖反應時，m的值可以在0.7N至0.8N之範圍間。需特別說明的是，上述m的值為肉眼觀測下的建議值，若是透過其他設備來探測螢光反應，自可進一步降低m的值，然而代價是必須額外設置昂貴的電子設備以及延長觀察螢光反應所需的作業時間。

當已執行m次之聚合酶連鎖反應之核酸樣本液無法被觀察到螢光反應時，此時操作員可以先檢視實驗條件是否正確以及實驗設備是否正常運作，若實驗條件與實驗設備均正常，則可判定目標核酸序列並不存在，而放棄執行剩餘次數之聚合酶連鎖反應。藉此，可以省下執行剩餘次數之聚合酶連鎖反應所需耗費的時間與能源。

承上，當已執行m次之聚合酶連鎖反應之核酸樣本液可被觀察到螢光反應時，倘若原測試目的僅是單純判斷目標核酸序列的有無，則據此便可以判定目標核酸序列確實存在，可以不繼續執行剩餘次數之聚合酶連鎖反應。當然，若需要將核酸濃度擴增到一定大小以進行其他觀測，也可以透過在過程中已觀測到螢光反應而確信實驗條件正確，因而毋庸擔心繼續執行完預設次數之聚合酶連鎖反應後卻得到失敗的實驗結果。

請參照圖1至圖4，分別為本創作之核酸檢測裝置之立體圖（一）、立體圖（二）、俯視圖與仰視圖，繪示出一例示的核酸檢測裝置1。核酸檢測裝置1主要包含殼體11、蓋體12、光源13及濾光片14。其中，圖2特別繪示出一局部挖空區T1，藉由局部挖空蓋體12而顯露出位於蓋體12下的特徵，茲詳細說明核酸檢測裝置1如下。殼體11具有表面111，表面111凹設有一容置槽111a。容置槽111a用以容置核酸樣本液瓶9。蓋體12連接於殼體11而可覆蓋殼體11之表面111。蓋體12具有視窗121，視窗121係正對容置槽111a之開口。光源13設置於殼體11中，用以對核酸樣本液瓶9發射光線以激發核酸樣本液瓶9內之螢光染劑產生螢光。濾光片14設置於蓋體12之視窗121的位置，用以過濾螢光之波長以外之光線。此外，蓋體12還具有光源開關按鍵122，透過按壓光源開關按鍵122可以控制光源13的啟閉。

核酸檢測裝置1可以透過內建鋰電池或者是透過傳統乾電池、鹼性電池來提供電力來源。藉由核酸檢測裝置1，當要進行前述螢光反應觀測時，可先將已執行m次聚合酶連鎖反應之核酸樣本液瓶9自聚合酶連鎖反應裝置中取出，然後放置於核酸檢測裝置1之容置槽111a中。接著將蓋體12蓋上，並按壓光源開關按鍵122而啟動光源13，便可以透過裝設有濾光片14之視窗121觀察核酸樣本液瓶9是否有產生螢光反應。

在本創作之一實施例中，容置槽111a係位於殼體11之角隅位置，因此視窗121也是位在蓋體12的角隅位置。在本創作之一實施例中，蓋體12係為可撓，且殼體11相對於表面111之另一表面披覆有可撓層113，蓋體12藉由連接於可撓層113而連接於殼體11。此外，蓋體12與可撓層113之可以是一體成形，且可以由橡膠或矽膠等緩衝材料所製成。藉此，當操作員握持核酸檢測裝置1進行觀測時較不易因手滑而失手摔落。縱使不慎摔落，也因為蓋體12與可撓層113是由緩衝材料所製成，核酸檢測裝置1內的核酸樣本液瓶9也較不易因此而破裂。蓋體12與可撓層113相連接處係形成有一凸耳115，且凸耳115的形成位置係靠近視窗121處。由於濾光片14係卡設於視窗121處，將凸耳115的形成位置設置在靠近視窗121處，當蓋體12相對可撓層113掀開時，較不易因為蓋體12扭曲變形導致濾光片14脫落。凸耳115的位置還可以設置在視窗115二測的角隅位置，但不建議設置在視窗121所在位置的對角線相對處，實驗發現將導致濾光片14容易在蓋體12相對可撓層113掀開時自視窗121脫落。

雖然本創作已以實施例揭露如上然其並非用以限定本創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本創作之保護範圍當視後附之專利申請範圍所界定者為準。

1‧‧‧核酸檢測裝置

11‧‧‧殼體

111‧‧‧表面

111a‧‧‧容置槽

113‧‧‧可撓層

115‧‧‧凸耳

12‧‧‧蓋體

121‧‧‧視窗

122‧‧‧光源開關按鍵

13‧‧‧光源

14‧‧‧濾光片

9‧‧‧核酸樣本液瓶

T1‧‧‧局部挖空區

[圖1] 為本創作之核酸檢測裝置之立體圖（一）； [圖2] 為本創作之核酸檢測裝置之立體圖（二）； [圖3] 為本創作之核酸檢測裝置之俯視圖； [圖4] 為本創作之核酸檢測裝置之仰視圖。

Claims (5)

1. 一種核酸檢測裝置，包含： 一殼體，具有一表面，該表面凹設有一容置槽，該容置槽用以容置一核酸樣本液瓶； 一蓋體，連接於該殼體而可覆蓋該殼體之該表面，該蓋體具有一視窗，該視窗正對該容置槽之開口； 一光源，設置於該殼體，用以對該核酸樣本液瓶發射光線以激發該核酸樣本液瓶內之螢光染劑產生一螢光；及 一濾光片，設置於該蓋體之該視窗，用以過濾該螢光之波長以外之光線。
2. 如請求項1所述之核酸檢測裝置，其中該容置槽位於該殼體之一角隅位置。
3. 如請求項2所述之核酸檢測裝置，其中該蓋體係為可撓。
4. 如請求項3所述之核酸檢測裝置，其中該殼體相對於該表面之另一表面披覆有一可撓層，該蓋體藉由連接於該可撓層而連接於該殼體。
5. 如請求項4所述之核酸檢測裝置，其中該蓋體與該可撓層之材質係選自橡膠或矽膠。