WO2022246797A1 - 聚合酶链反应装置 - Google Patents

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WO2022246797A1
WO2022246797A1 PCT/CN2021/096731 CN2021096731W WO2022246797A1 WO 2022246797 A1 WO2022246797 A1 WO 2022246797A1 CN 2021096731 W CN2021096731 W CN 2021096731W WO 2022246797 A1 WO2022246797 A1 WO 2022246797A1
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heating
temperature
polymerase chain
tube
module
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王锦弘
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王锦弘
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples

Definitions

  • This application relates to an experimental reaction device and reaction method, in particular to a polymerase chain that can shorten the waiting time for samples to be put on the machine before reacting, has a common total heating time, and has a common heat transfer medium Reaction (PCR) device.
  • PCR heat transfer medium Reaction
  • PCR Polymerase chain reaction
  • an object of the present application is to provide a polymerase chain reaction (PCR) device.
  • PCR polymerase chain reaction
  • each reaction tube can be independently and detachably set on the tube base, without batch setting of multiple reaction tubes.
  • the reaction tubes set on the tube bases will move synchronously to form a cycle device.
  • an embodiment of the application provides a polymerase chain reaction device, which includes:
  • a delivery module which includes
  • the at least one tube base is arranged on the carrier platform, and at least one reaction tube is detachably arranged;
  • a temperature supply module includes at least one temperature supply block to adjust the temperature of the at least one reaction tube.
  • the number of the sockets is about 1 to 100.
  • the output part stores and/or outputs the heat transfer medium
  • the heating blocks adjust the temperature of the heat transfer medium
  • the output part and the heating blocks are connected by pipelines for the heat transfer medium circulation.
  • the heat transfer medium is gas or liquid.
  • the PCR device further includes a control module, which controls the operation mode of the transport module and controls the temperature supply mode of the temperature supply module.
  • the operation mode of the delivery module includes the number of stations where the first nozzle stays and the time it stays at each station when the delivery module makes one revolution to return the first nozzle to its original position.
  • the number of stops between the at least one tube socket and the time of staying at the stations are the same.
  • one PCR cycle is performed while the at least one base is at a station.
  • the heating mode includes heating temperature and heating time.
  • the heating temperature is 92-96° C., 45-70° C. and 67-77° C. in the denaturation stage, annealing stage and extension stage of a PCR cycle in sequence.
  • the heating time is 1 to 300 seconds for the total time of the denaturation stage, the annealing stage and the extension stage in a PCR cycle.
  • the temperature supply module adjusts the temperature of the tube base of the first part in the first temperature supply mode at the first time point, and adjusts the temperature of the tube base of the second part in the second temperature supply mode, wherein the first supply At least one of the heating temperature and the heating time is different between the heating mode and the second heating mode.
  • the PCR device further includes a driving module, which provides power to drive the carrier.
  • Fig. 3 is a schematic diagram of a tube base of a temperature supply module in the PCR device of the present application connected to a temperature supply block, in which the two temperature supply blocks listed will change temperature to supply temperature to two corresponding reaction tubes. Other heating blocks and tube holders and reaction tubes are not shown.
  • Fig. 4 is a schematic diagram of a tube base of the heating module in the PCR device of the present application connected to a heating block group, wherein the plurality of heating blocks included in the two sets of heating block groups have different temperatures and will not The temperature was changed, and the first temperature (4° C.) was used to provide heat to the corresponding reaction tubes. Other heating blocks and tube holders and reaction tubes are not shown.
  • Fig. 5 is a schematic diagram of a plurality of pipe sockets of the heating module in the PCR device of the present application connected to the same heating block group, wherein the plurality of heating blocks included in a group of heating block groups have different temperatures and are different from each other. The temperature will be changed, and the first temperature (4°C) will be used to supply heat to the two reaction tubes. Other heating blocks and tube holders and reaction tubes are not shown.
  • Fig. 6 is a schematic diagram of a plurality of tube bases of the heating module in the PCR device of the present application connected to the same heating block group and a plurality of output parts connected to different heating blocks, wherein a set of heating block groups listed is the same as that in Figure 5 But the second temperature (60° C.) was used to supply the temperature to the two reaction tubes. Other heating blocks and tube holders and reaction tubes are not shown.
  • Fig. 7 is a schematic diagram of a plurality of tube sockets of the temperature supply module in the PCR device of the present application connected to the same temperature supply block group. Warm the first reaction tube (left side in the figure), and heat the second reaction tube (right side in the figure) at the second temperature (60° C.). Other heating blocks and tube holders and reaction tubes are not shown.
  • An embodiment of the present invention provides a polymerase chain reaction (PCR) device, which includes: a transport module and a temperature supply module.
  • the delivery module includes a track, a carrier and at least one tube base.
  • the track invented by this application is divided into a reaction area and a temporary storage area according to functions, wherein the reaction area refers to the track area that will react when the reaction tube passes through the track in this area, and the temporary storage area is It is the track area where the reaction tube will not react when it passes through the track in this area.
  • the temporary storage area is further subdivided into the first temporary storage area where samples to be reacted can be placed and the second temporary storage area where completed reactions can be taken out.
  • the batch-type devices in the past are designed so that each batch to be reacted in the device can accommodate a large number of samples.
  • a new batch of samples needs to wait for the previous batch of samples to complete several or dozens of PCR cycles before starting the reaction, and it is impossible to start the reaction as soon as possible or even at any time after the samples arrive. If it is a STAT sample, this batch device wastes the time waiting for the device to be installed, which will delay the time to get the result.
  • the invention claimed in this application is aimed at STAT samples, and a tube holder for accommodating a small number of samples is designed. In other words, reducing the number of samples in each batch in the batch method, or even reducing it to only one sample, can enable STAT samples to be reacted on the machine as soon as possible.
  • the at least one tube base is detachably provided for at least one reaction tube.
  • the socket has a fixing piece. In order to ensure that the position of the reaction tube can be fixed when the fixing member is fastened, and the reaction tube is prevented from falling off from the tube seat or shaking greatly in the tube seat.
  • the direction in which the reaction tubes are disposed on the delivery module is not particularly limited. However, in consideration of the convenience of setting the reaction tubes, in a preferred embodiment, the reaction tubes are placed from the upward side of the delivery module to be set or fixed on the tube socket on the delivery module. In one embodiment, the reaction tube is inserted into the tube base.
  • the temperature supply of the temperature supply module to the reaction tube includes a temperature supply that is higher than the original temperature of the reaction tube to increase the temperature of the reaction tube, and a temperature supply that is lower than the original temperature of the reaction tube to decrease the temperature of the reaction tube. Therefore, the temperature supply to the reaction tube by the temperature supply module is not limited to heating the reaction tube to raise the temperature, but also includes cooling the reaction tube to lower the temperature.
  • a liquid-cooled heating module may include a heat transfer medium and an output.
  • the composition of the heat transfer medium may include water, oil, or any thermally conductive liquid medium or a combination thereof.
  • the output part is used for storing and/or outputting the heat transfer medium.
  • the output part is connected to the heating block by a pipeline, and the heating block is connected to the tube base by a pipeline.
  • the liquid-cooled heating module may include a plurality of output parts, and each of the output parts in the plurality of output parts is respectively connected to a heating block of the same temperature through pipelines. For example, if there are 60 tube sockets and 4 heating blocks (heating block groups) and the temperatures of these heating blocks are different, then 4 output parts are configured to output the heat transfer medium respectively, and the first The pipeline, the second pipeline, the third pipeline to the fourth pipeline are in contact with the first heating block, the second heating block, the third heating block to the fourth heating block.
  • the output is a reservoir.
  • the path of the heat transfer medium is as follows: the heat transfer medium is output by applying pressure to the heat transfer medium through the pump; the heat transfer medium flows through the pipeline to the heating block, and is adjusted by the heating block The temperature of the heat transfer medium; the heat transfer medium flows through the pipeline to the valve; the valve opens to allow the heat transfer medium to enter the heating seat and contact the tube seat; the heat transfer medium is recycled to the output part.
  • a control module is further included, which controls the operation mode of the conveying module.
  • the operation mode of the conveying module includes the process of the conveying module running one circle to return the first pipe seat to the initial position, the number of stations where the first pipe seat stays (should be the total number of stations) and the number of stops at each station.
  • the time of the site In one embodiment, the number of stations where the at least one tube base stays is 0 to 100. In one embodiment, the at least one socket stays at each station for 1 to 300 seconds.
  • heating block type liquid cooling type or air cooling type
  • completing a PCR cycle requires the heating block to change its temperature to carry out different stages.
  • one tube base corresponds to one or more heating block groups, as demonstrated in the embodiment of the present application, which at least includes the first heating block, the second heating block, and the third heating block
  • a PCR can be provided respectively.
  • the first temperature, the second temperature, and the third temperature required for the stages of denaturation, annealing, and extension included in the cycle, and the temperatures among the first temperature, the second temperature, and the third temperature are different.
  • the tube base can be quickly switched between different temperatures. Compared with the configuration in which there is only one heating block corresponding to the tube base, it can save the time spent on changing the temperature of a single heating block for different stages.
  • the temperature supply block 131 can switch between 4 different temperatures, namely 4°C (for preservation of nucleic acid amplification products), 60°C (for primer bonding), 72°C (for DNA polymerization) and 94°C (for DNA denaturation).
  • the heat transfer medium 132 is jointly output by one output part 133 , and then contacts with the heating block 131 through pipelines respectively.
  • the temperature of the heat transfer medium 132 is adjusted by the temperature supply block 131, and then flows to the tube base through the pipeline.
  • the two valves 134 corresponding to the first pipe seat and the second pipe seat are both opened to the heat transfer medium 132 whose temperature is adjusted by the heating block 131 .
  • FIG. 4 shows that the heating module 13 includes 2 sets of heating block groups, and each heating block group has 4 heating blocks 131 with different temperatures, a heat transfer medium 132 and an output part 133 .
  • each heating block group has 4 heating blocks 131 with different temperatures, a heat transfer medium 132 and an output part 133 .
  • Four temperature supply blocks 131 with different temperatures are 4°C (for preservation of nucleic acid amplification products), 60°C (for primer bonding), 72°C (for DNA polymerization) and 94°C (for DNA denaturation).
  • valve 134 corresponding to the first pipe seat is opened to the heat transfer medium 132 whose temperature is adjusted by the temperature supply block 131 of 4°C, and is closed to the heat transfer medium 132 whose temperature is adjusted by the temperature supply block 131 of other temperatures;
  • the valves of the two pipe seats are opened to the heat transfer medium 132 whose temperature is adjusted by the temperature supply block 131 at a temperature of 60° C., and are closed to the heat transfer medium 132 whose temperature is adjusted by the temperature supply block 131 of other temperatures.
  • the liquid heated by each heating block is divided into 60 different pipes to be connected to 60 pipe sockets respectively.
  • the heating temperatures of the four heating blocks are 95°C, 55°C, 72°C and 4°C, respectively.
  • the temperature of the first to tenth tube bases is 95° C., and the heating time is 1 minute, and the step of activating the polymerase under high heat in the hot start polymerase chain reaction (Hot start PCR) is carried out.
  • the heating temperatures of the 11th to 55th tube bases are 95°C, 55°C, and 72°C respectively, and the heating time is 15 seconds, 30 seconds, and 15 seconds respectively.
  • Each tube base can perform 1 PCR cycle, a total of 45 cycles .

Abstract

一种聚合酶链反应(PCR)装置，包括：一输送模组，其包含载台；轨道，该轨道为循环式且供该载台在该轨道中移动；及至少一个管座，该至少一管座排列在该载台上，并供至少一个反应管可拆卸式地设置；以及一供温模组，其包含至少一个供温块，以调整至少一个反应管的温度。

Description

聚合酶链反应装置 技术领域
本申请是关于一种实验用的反应装置及反应方法，特别是关于一种能缩短样本进行反应前等待上机的时间、具有共同的总供温时间、具有共同的传热介质的聚合酶链反应(PCR)装置。
背景技术
聚合酶链反应(PCR)是反复加热和冷却包括核酸的样品溶液，并藉此指数扩增具有该特定碱基序列区的核酸的技术。此扩增核酸的技术通常应用在生命科学、基因工程和医学的领域中以用于分析和诊断。
目前市面上已开发出各种型态的PCR装置来因应需求。在基础实验室中常见的方法是会将收集完成的各样本加入于微量试管中，再将微量试管置入PCR装置的机台中，使各样本同时共同进行扩增核酸的循环。因此，此种批次式反应的装置适合样本数量大、要多样本比对并分析的学术研究。
然而在临床医疗上的医学检验，却不时会有需要立即取得检验结果以决定后续要采取的医疗手段的紧急情况，即简称STAT。若PCR装置是以批次式来进行反应，且机台上正好有样本在进行反应，则刚抵达欲鉴测的STAT样本就必须等待前一个样本完成反应后才能上机台进行反应，进而造成STAT样本要取得检验结果的时间拉长。具体来说，取得检验结果的时间不只有STAT样本本身的反应进行时间，还有等待前一个样本进行完所剩反应的时间。情况严重者甚至可能因检验结果无法及时取得，而延误样本所属患者的病情。再者，STAT样本通常是紧急个案，样本抵达的时间大都不一致。因此，虽然采用批次式反应的PCR装置，但为求尽快取得结果就只能让少量样本先上机台，衍生设备使用效率不高、耗能等问题。
针对需要紧急取得结果的STAT样本或抵达时间点不一致而无 法收集完全再上机的样本，已知有提供一PCR装置，其具有复数个样本槽供样本置入，且该等复数样本槽间可独立地使各样本进行反应。具体来说，复数个样本槽可在不同时间点分别置入样本，且针对各样本槽置入样本的时间点、样本欲进行的反应类型，设定不同的供温温度、时间或循环次数。但此作为先前技术的一个大型PCR装置等同于由复数个小型的PCR装置所构成。由于该复数个小型PCR皆独立地进行反应，而具有不同的供温块，其供温模式也可能不同，造成该装置没有共同的供温模组，而会使此大型PCR装置衍生功率过高的问题。再者，由于该复数个小型PCR皆独立地进行反应，甚至不易于控制品质(Quality control)。
据此，本领域需要能更快上机台来进行反应、更节省成本、更易于控制良好品质的PCR装置。
发明内容
有鉴于上述先前技术的问题，本申请的一目的就是在提供一种聚合酶链反应(PCR)装置。透过管座的设计，使各个反应管可独立地、可拆卸式地设置在管座，不需要多个反应管批次式地设置。再者，为求反应管共享热源以减少功率消耗，透过将管座排列在输送模组上的设计，当输送模组运转时使设置在管座上的反应管会同步移动，而形成循环式装置。
根据本申请的一目的，本申请的一实施例提供一种聚合酶链反应装置，其包括：
一输送模组，其包含
载台；
轨道，该轨道为循环式且供该载台在该轨道中移动；及
至少一管座，该至少一管座排列在该载台上，并供至少一个反应管可拆卸式地设置；以及
一供温模组，其包含至少一个供温块，以调整该至少一个反应管的温度。
较佳地，该管座数量约为1至100个。
较佳地，该供温模组另包含一传热介质与一输出部。
较佳地，该输出部是储存及/或输出该传热介质，该些供温块是调整该传热介质的温度，且该输出部与该些供温块以管线连接供该传热介质流通。
较佳地，该传热介质为气体或液体。
较佳地，一部分的该些供温块共用同一个该输出部。
较佳地，该供温模组更包含一阀门，其控制该传热介质对该至少一个反应管的接触。
较佳地，该PCR装置更包含一控制模组，其控制该输送模组的运转模式与控制该供温模组的供温模式。
较佳地，该输送模组的运转模式包含该输送模组运转一圈使第一管座回到初始位置的过程中，该第一管座所停留站点的数量与停留在各站点的时间。
较佳地，该至少一管座所停留站点的数量为0至100个。
较佳地，该至少一管座停留各该站点的时间为1至300秒。
较佳地，该至少一管座彼此间所停留站点的数量与停留在站点的时间皆相同。
较佳地，该至少一管座停留在一个站点时进行一个PCR循环。
较佳地，该供温模式包含供温温度与供温时间。
较佳地，该供温温度在一PCR循环中的变性阶段、退火阶段及延伸阶段依序为92～96℃、45～70℃及67～77℃。
较佳地，该供温时间在一PCR循环中的变性阶段、退火阶段及延伸阶段的总时间为1至300秒。
较佳地，该供温模组具有至少一种供温模式。
较佳地，该供温模组在第一时间点对第一部分的管座以第一供温模式调整温度，对第二部分的管座则以第二供温模式调整温度，其中第一供温模式与第二供温模式间在供温温度与供温时间至少者不同。
较佳地，该PCR装置更包含一驱动模组，其提供动力驱动该载台。
较佳地，该PCR装置更包含一检测模组，其检验该至少一个反应管中产物的含量。
本发明的上述以及其它目的、特征与优点，在参照以下的详细说明与较佳实施例和随文检附的图式后，将变得明显。
附图说明
在以下的详细描述中，为了解释本发明，提供了许多具体细节，以便能彻底理解所揭露的实施方式。然而，显而易见的是，一个或多个的实施方式可以在没有所述具体细节的情况下实现。在其它情况中，为了简化附图，习知的结构和流程将以示意性的方式显示。
图1是本申请PCR装置的剖面图。
图2是本申请PCR装置的俯视图。
图3是本申请PCR装置中供温模组的一个管座连接一个供温块的示意图，其中列举的两个供温块会变换温度以供温给两个分别对应的反应管。其他供温块与管座以及反应管未显示。
图4是本申请PCR装置中供温模组的一个管座连接一个供温块组的示意图，其中列举的两组供温块组中所包含的复数个供温块间具有不同温度且不会变换温度，都以第一温度(4℃)供温予分别对应的反应管。其他供温块与管座以及反应管未显示。
图5是本申请PCR装置中供温模组的复数个管座连接同一供温块组的示意图，其中列举的一组供温块组中所包含的复数个供温块间具有不同温度且不会变换温度，以第一温度(4℃)供温予两个反应管。其他供温块与管座以及反应管未显示。
图6是本申请PCR装置中供温模组的复数个管座连接同一供温块组且复数个输出部连接不同供温块的示意图，其中列举的一组供温块组与5图者相同但以第二温度(60℃)供温予两个反应管。其他供温块与管座以及反应管未显示。
图7是本申请PCR装置中供温模组的复数个管座连接同一供温块组的示意图，其中列举的一组供温块组与5图者相同但以第一温度(4℃)供温予第一反应管(图中左侧)、以第二温度(60℃)供温予第二反应管(图中右侧)。其他供温块与管座以及反应管未显示。
具体实施方式
以下是参照相关图式以详细描述实施例。然而，该些实施例可用不同型态来实现，但这并非实施或运用本申请所请发明的具体实施例的唯一形式，故不应理解成对上述实施例的限制。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其他具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。相反的，提供该些实施例是让本说明书可彻底且完整揭露，以充分地向本发明所属技术领域中具有通常知识者完全表达本申请所请发明的精神。图式中相似的元件符号是指相似的元件。在以下的叙述中，将不会详细描述习知的功能或结构，以不赘述实施例中不必要的细节。
除非另有定义，本文所用的所有技术用词与术语均与本发明所属技术领域中具有通常知识者所通常理解的意义相同。在发生冲突的情况下，以包括定义在内的本说明书为准。
在不和上下文冲突的情形下，本说明书所用的单数名词涵盖该名词的复数型；而所用的复数名词时亦涵盖该名词的单数型。此外，在本说明书与申请专利范围中，“至少一”与“一或更多”等表述方式的意义相同，两者都代表包含了一、二、三或更多。
虽然用以界定本申请所请发明较广范围的数值范围与参数皆是约略的数值，此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而，任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处，“约”通常是指实际数值在一特定数值或范围的正负10％、5％、1％或0.5％的内。或者是，“约”一词代表实际数值 落在平均值的可接受标准误差的内，视本发明所属技术领域中具有通常知识者的考量而定。除了实施例的外，或除非另有明确的说明，当可理解本文中所用的所有范围、数量、数值与百分比(例如用以描述材料用量、时间长短、温度、操作条件、数量比例及其他相似者)均经过“约”的修饰。因此，除非另有相反的说明，本说明书与申请专利范围所揭示的数值参数皆为约略的数值，且可视需求而更动。至少应将这些数值参数理解为所指出的有效位数与套用一般进位法所得到的数值。在此处，将数值范围表示成由一端点至另一段点或介于二端点的间；除非另有说明，此处所述的数值范围皆包含端点。
本发明的一实施例提供一种聚合酶链反应(PCR)装置，其包括：一输送模组以及一供温模组。本发明的实施例中，输送模组包含轨道、载台与至少一个管座。
在一实施例中，该轨道为循环式。循环式轨道意即头尾相接的轨道设计。在一实施例中，供该载台在该轨道中移动。由于该载台上排列有管座而管座设置有反应管，当该载台在轨道中移动时，反应管也会跟着在轨道中移动。本申请所请发明透过循环式轨道的设计，就能使反应管随着管座在轨道上移动，而对应至不同的供温块来调整温度。在一实施例中，本申请所请发明的轨道依功能而分为反应区与暂存区，其中反应区所指为使反应管经过该区轨道时会进行反应的轨道区域，暂存区则是反应管经过该区轨道时不会进行反应的轨道区域。暂存区又再细分为能置入欲进行反应的样本的第一暂存区以及能取出已完成反应的第二暂存区。
以往批次式的装置为了能在短时间获得大量样本的结果，因此设计成装置中每一个要进行反应的批次能容纳大量的样本数量。但是，新的一批次的样本则需要等待前一批次的样本进行数个或数十个PCR循环完成的后才能起始反应，而无法在样本抵达后尽速或甚至随时起始反应。若为STAT样本，此批次式装置浪费了等待上装置的时间，而会延宕得到结果的时程。本申请所请发明针对STAT 样本，设计了容纳少量样本数的管座。换句话说，将批次式中每批次的样本数减低，或甚至是减低至只有一个样本，就能使STAT样本尽快上机进行反应。
在一实施例中，该至少一管座排列在该载台上。在一较佳的实施例中，该管座彼此间等间隔地排列在该载台上。在一实施例中，该管座数量约为1至100个。在一实施例中，输送模组具有60个管座，每个管座供一个反应管设置，则共60个反应管设置。意即，同一时间多达60个反应管在装置上进行PCR反应。考虑PCR装置对样本的容纳数量，管座数量较佳约为1、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100个。
在一实施例中，该至少一管座供至少一个反应管可拆卸式地设置。在一较佳的实施例中，管座具有固定件。以确保当固定件扣上时能固定反应管的位置，避免反应管从管座中脱落或在管座中大幅度地晃动。在一实施例中，反应管设置于输送模组的方向并未特别限定。但考量反应管设置的方便性，在一较佳的实施例中，反应管从输送模组朝上的一面放入以设置或固定于输送模组上的管座。在一实施例中，反应管以插入的方式设置于管座中。
在一实施例中，供温模组设置于输送模组的至少一侧，但并未特别限定在输送模组的上侧、下侧、左侧、右侧。在一较佳的实施例中，从操作便利性来考量，供温模组设置于反应管所设置在输送模组上的另一侧。在一具体的实施例中，当反应管从上侧设置于在输送模组，则供温模组设置于输送模组的下侧。在可行的实施例中，供温模组还设置于该输送模组的中心位置，达到更全面、效率地供温管座以调整反应管温度。本申请所请发明的实施例中，该些供温块调整该至少一个反应管的温度。供温模组对反应管的供温包含供温一高于反应管原有的温度使反应管温度上升，以及供温一低于反应管原有的温度使反应管温度下降。因此，供温模组对反应管的供温不限于加热反应管升温，而亦包含冷却反应管降温。
本发明的实施例中，供温模组的态样包含供温块式、液冷式及 气冷式。以下针对此三种供温模组分别说明如下。
供温块式
本发明的实施例中，供温块式即传统的PCR模组中以加热块的加热方式。供温块式是透过供温块与管座直接接触来供温反应管。供温块式的供温模组包含至少一个供温块。在一实施例中，一个管座在轨道上的位置会对应一个供温块，该供温块会变换温度使反应管中的反应物进行复数个步骤。在另一实施例中，一个管座在轨道上的位置会对应一供温块组，其中该供温块组包含复数个供温块，该复数个供温块间具有不同温度且各供温块不会变换温度，一个供温块仅使反应管中的反应物进行单一个步骤。
采用供温块式的供温模组，PCR装置可另配置一升降模组以抬升或下降输送模组。当升降模组使输送模组抬升，设置在输送模组上的管座远离供温块，供温块便不会接触管座。反的，当升降模组使输送模组下降，设置在输送模组上的管座靠近供温块，供温块便接触管座。在另一态样中，相对于前述以升降模组以抬升或下降输送模组，PCR装置得配置一升降模组以抬升或下降供温模组。两者原理相同，管座是否接触供温块，取决于透过升降模组调整输送模组或供温模组的相对位置。在一具体态样中，该升降模组为机械手臂，以抓取管座以和供温块接触或远离，其中该机械手臂得包含大手臂与小手臂以微调移动位置。
液冷式
液冷式是以液体作为传热介质与管座接触。液冷式的供温模组可包含传热介质与输出部。传热介质的成分可包含水、油或任何可导热的液态介质或其组合。在一实施例中，输出部是用来储存及/或输出该传热介质。在一实施例中，该输出部与该供温块以管线连接，该供温块与管座以管线连接。
在一实施例中，液冷式的供温模组可包含一个输出部，一个输出部透过管线与不同温度的供温块连接。举例来说，若管座设置有60个，则由该一个输出部输出的传热介质，会分别经第一管线、第 二管线、第三管线至第六十管线，与第一供温块、第二供温块、第三供温块至第六十供温块接触。
在另一实施例中，液冷式的供温模组可包含复数个输出部，且该复数个输出部中的各输出部分别以管线连接相同温度的供温块。举例来说，若管座设置有60个、供温块(供温块组)设置有4个且该等供温块的温度不同，则配置4个输出部分别输出传热介质，经第一管线、第二管线、第三管线至第四管线，与第一供温块、第二供温块、第三供温块至第四供温块接触。在一具体实施例中，输出部是储液槽。在液冷式中，复数个输出部的态样，由于同一个输出部中的传热介质固定地移动至相同温度的供温块，而不会使不同输出部的传热介质汇流，易于回收后再次输出而无需大幅度调整温度。
液冷式的供温模组可包含至少一个供温块。在一实施例中，一个管座透过管线连接一个供温块，该供温块会变换温度使反应管中的反应物进行复数个步骤。在另一实施例中，一个管座透过管线连接一供温块组，其中该供温块组包含复数个供温块，该复数个供温块间具有不同温度且不会变换温度，一个供温块仅使反应管中的反应物进行单一个步骤。在又另一实施例中，复数个管座透过管线连接同一供温块或供温块组，意即复数个管座间共用该供温块或供温块组。
液冷式的供温模组更包含一阀门。该阀门控制着与特定温度接触的该传热介质对该至少一个反应管的接触。在一实施例中，该形状为如具有缺角的胡椒罐的罐盖，以旋转盖子的方式开关阀门。当盖子缺角的部分对应到管线，传热介质便会接触管座。反的，当盖子未缺角的部分对应到管线，则使传热介质无法接触管座。在一实施例中，该阀门形状为如具有弹簧的弹珠，以按压弹珠的方式开关阀门。当管座对应到弹珠便会下压弹珠，传热介质便会接触管座。反的，当管座没有对应到弹珠，弹珠便会弹起而堵住管线，则使传热介质无法接触管座。阀门依型态不同，阀门的开启与关闭得选择藉由控制模组来调控。
在一实施例中，液冷式的供温模组可包含一加热座。该加热座设置于阀门与管座的间，其形状如洗手台的槽体。具体来说，该加热座的底部设置出水口使传热介质流出并积存在槽体中，管座会浸入积存的传热介质。在一实施例中，于该输出部与管线连接的相反端设置一泵，利用加压来输出传热介质。在另一实施例中，该加热座与管线连接的相反端设置一真空装置，利用负压来输出传热介质。
在液冷式的实施例中，传热介质的路径如下：传热介质由输出部以泵对传热介质施加压力而输出；传热介质经管线流动至供温块，藉由供温块调整传热介质的温度；传热介质经管线流动至阀门；阀门开启使传热介质进入加热座接触管座；传热介质回收至输出部。
气冷式
气冷式是以气体作为传热介质与管座接触。气冷式的供温模组可包含传热介质与输出部。传热介质的成分可为空气、钝气或其组合。在一实施例中，输出部是用来储存及/或输出该传热介质。在一实施例中，该输出部与该供温块以管线连接，该供温块与管座以管线连接。
在一实施例中，气冷式的供温模组可包含一个输出部，一个输出部透过管线与不同温度的供温块连接(单位时间的总风量都相同)。举例来说，若管座设置有60个，则由该一个输出部输出的传热介质，会分别经第一管线、第二管线、第三管线至第六十管线，与第一供温块、第二供温块、第三供温块至第六十供温块接触。在气冷式中，单一个输出部的态样确保移动至各管线的传热介质的量与质相同，有利于装置的品质控管同一时间点一站点仅有一温控阀门会开启，单位时间内总开启阀门数相同，总耗风量固定。
在另一实施例中，气冷式的供温模组可包含复数个输出部，且该复数个输出部中的各输出部以管线分别连接相同温度的供温块。举例来说，若管座设置有60个、供温块(供温块组)设置有4个且该等供温块的温度不同，则配置4个输出部分别输出传热介质，经第一管线、第二管线、第三管线至第四管线，与第一供温块、第二 供温块、第三供温块至第四供温块接触。在一具体实施例中，输出部是风扇，该风扇转动输出作为传热介质的气体。在一实施例中，风扇设置于供温块与管座连接的相反端。
气冷式的供温模组可包含至少一个供温块。在一实施例中，一个管座透过管线连接一个供温块，该供温块会变换温度使反应管中的反应物进行复数个步骤。在另一实施例中，一个管座透过管线连接一供温块组，其中该供温块组包含复数个供温块，该复数个供温块间具有不同温度且不会变换温度，一个供温块仅使反应管中的反应物进行单一个步骤。在又另一实施例中，复数个管座透过管线连接一个供温块或供温块组，意即复数个管座间共用一个供温块或供温块组。
气冷式的供温模组更包含一阀门。该阀门控制着与特定温度接触的该传热介质对该至少一个反应管的接触。在一实施例中，该阀门形状为如具有缺角的胡椒罐的罐盖，以旋转盖子的方式开关阀门。当盖子缺角的部分对应到管线，传热介质便会接触管座。反的，当盖子未缺角的部分对应到管线，则使传热介质无法接触管座。在一实施例中，该阀门形状为如具有弹簧的弹珠，以按压弹珠的方式开关阀门。当管座对应到弹珠便会下压弹珠，传热介质便会接触管座。反的，当管座没有对应到弹珠，弹珠便会弹起而堵住管线，则使传热介质无法接触管座。阀门依型态不同，阀门的开启与关闭得选择藉由控制模组来调控。
在一实施例中，于该输出部与管线连接的相反端设置一泵，利用加压来输出传热介质。在另一实施例中，该加热座与管线连接的相反端设置一真空装置，利用负压来输出传热介质。在一具体实施例中，该输出部的风扇可替换为抽气或真空装置。该抽气或真空装置与管座连接，透过抽走或抽空管座端的空气，使供温块端的空气经过供温块后再吹向管座。
在气冷式的实施例中，传热介质的路径如下：传热介质由输出部输出；传热介质经管线移动至供温块，藉由供热块调整传热介质 的温度；传热介质经管线移动至阀门；阀门开启使传热介质接触管座；传热介质排出或回收。在气冷式中，单一个输出部的态样确保移动至各管线的传热介质的量与质相同，有利于装置的品质控管同一时间点一站点仅有一温控阀门会开启，单位时间内总开启阀门数相同，总耗风量固定。
本发明的实施例中，更包含一控制模组，其控制该输送模组的运转模式。该输送模组的运转模式包含该输送模组运转一圈使第一管座回到初始位置的过程中，该第一管座所停留站点的数量(应即为站点总数量)与停留在各站点的时间。在一实施例中，该至少一管座所停留站点的数量为0至100个。在一实施例中，该至少一管座停留各该站点的时间为1至300秒。
在该至少一管座所停留站点的数量为0个的条件下，该输送模组运转模式为连续式的态样。意即，该输送模组会持续地运转使管座不会停留在站点。当该至少一管座所停留站点的数量为大于0的正整数时，该输送模组运转模式为间歇式的态样。意即该输送模组会停止运转使管座停留在站点。输送模组运转一圈使同一个管座回到初始位置的过程中该至少一管座所停留站点的数量，在装置设计上可行的范围内并不特别限定。停留站点的数量可为1、5、10、15、20、30、40、50、60至100个。
本申请所请发明的实施例中，该至少一管座彼此间所停留站点的数量与停留在站点的时间皆相同。本申请所请发明采用循环式的设计，因此设置于输送模组上的全数管座，会随着输送模组运转时一并连动。管座彼此间所停留站点的数量与停留在站点的时间自然相同。
一个PCR循环中包含变性阶段、退火阶段、延伸阶段的步骤，且该等阶段需要以不同温度来进行反应。在一实施例中，该至少一管座停留在一个站点时进行PCR循环中的一个阶段，因此停留在该站点只会维持在同一个温度。举例来说，该至少一管座停留在一个站点时得进行pre PCR。在另一实施例中，该至少一管座停留在一个 站点时进行PCR循环中复数个阶段，因此停留在该站点会变换为不同的温度。
在又一个实施例中，该至少一管座停留在一个站点时进行一个完整的PCR循环，因此停留在该站点会变换为PCR循环中的所有阶段中的不同温度。管座随输送模组运转绕行一圈回到初始位置的过程中所停留站点的数量，即等同于设置于该管座上的反应管所进行的PCR循环数。由于每个管座都会在轨道上同步移动，故停留在每个站点的时间相同，在每个站点所进行反应的时间也相同。在此情况下，管座随输送模组运转绕行一圈回到初始位置的过程中所停留站点的数量，即大于设置于该管座上的反应管所进行的PCR循环数。
在上述的供温块式、液冷式或气冷式中，若一个管座对应一个供温块，则完成一个PCR循环就需要该供温块改变温度以进行不同阶段。但若一个管座对应一个或多个供温块组，如同本申请实施例所演示，其中至少包含第一供温块、第二供温块、第三供温块，则能分别提供一个PCR循环中所包含变性、退火、延伸阶段所需的第一温度、第二温度、第三温度，且第一温度、第二温度、第三温度的间的温度不同。藉此，管座就能在不同温度间迅速切换。相对于只有一个供温块对应管座的态样，能省下单一供温块为进行不同阶段而转换温度所耗费的时间。
本申请所请发明的实施例中，更包含一控制模组以控制该供温模组的供温模式，其中供温模式可包含供温时间与供温温度。供温模式可依照样本与核酸聚合酶的特性来调整。在一实施例中，供温温度在一PCR循环中的变性阶段、退火阶段及延伸阶段依序为92～96℃、45～70℃或67～77℃。在一实施例中，供温时间在上述变性阶段、退火阶段及延伸阶段依序为0.25～75秒、0.25～150秒或0.5～75秒，一个PCR循环的总供温时间约为1至300秒。
在一实施例中，该供温模组具有至少一种供温模式。该供温模组在第一时间点对第一部分的管座以第一供温模式调整温度，对第二部分的管座则以第二供温模式调整温度。其中，第一供温模式与 第二供温模式间在供温温度与供温时间至少一者不同。具体来说，第1个管座在PCR循环的不同阶段中的供温温度依序分别为95℃、60℃或72℃，供温时间分别为15秒、30秒或15秒，第60个管座的供温温度同第1组管座，但供温时间得分别调整为10秒、20秒或30秒。这是因为设置在第1管座上的第1反应管中的样本，首先停留在第1站点时进行第1个PCR循环反应，随着输送模组运转移动至后续站点而进行PCR循环，依此类推停留在第59站点时进行第59个PCR循环后，即将停留在第60站点的第1反应管中的核酸样本相对于停留在第1站点的第1反应管中的初始样本，其中的核酸量已呈倍数增加，故变性步骤的供温时间可再缩短。本申请所请发明的装置中，该供温模组中对部分管座的供温模式可依需求调整，可以设定第三供温模式，其与第一供温模式和第二供温模式间在供温温度与供温时间至少一者不同。
在一实施例中，聚合酶链反应(PCR)装置更包含一驱动模组，其提供动力驱动该载台。在一可行的实施例中，驱动模组可包含马达与动力传输构件。马达输出动力后，藉由齿轮或皮带作为动力传输构件，将动力提供给载台，使载台转动。
在一实施例中，聚合酶链反应(PCR)装置更包含一检测模组，其检验该至少一个反应管中产物的含量。在可行的实施例中，在输送模组上架设检测模组，以检测位于反应管中的产物含量。在较佳的实施例中，每个反应管都各架设独立地检测单元而能随时监控产物含量。
实施例
图1显示本申请PCR装置的剖面图。PCR装置1包括输送模组11、反应管12与供温模组13。输送模组11包含轨道111、载台112与12个管座113。载台112接收来自驱动模组15所提供的动力来运转，而在轨道111中移动。管座113排列在载台112上。反应管12可拆卸式地设置于管座113。供温模组13位于输送模组11的下侧。供温模组13包含12个供温块131、传热介质132与输出部133、阀 门134。阀门134控制传热介质132对反应管12的接触。PCR装置1更包括控制模组14以控制该输送模组11的运转模式与控制供温模组13的供温模式。
如图2所示，是本申请PCR装置的俯视图。PCR装置包含12个管座113，排列于载台112上。
如图3、4、5、6与7所示，是本申请PCR装置的供温模组13中供温模式的示意图。图3显示供温模组13包含2个供热块、传热介质132与1个输出部133，其中每个供热块131会变换不同温度。图中例示有2个管座，其中分别设置有反应管(图中未显示)，左侧者以下称第一管座，右侧者以下称第二管座。供温块131变换的4个不同温度，分别为4℃(核酸放大产物保存用)、60℃(引子黏合用)、72℃(DNA聚合用)与94℃(DNA变性用)。传热介质132共同由1个输出部133输出，再分别经管线与供温块131接触。传热介质132经供温块131调整温度后，再经管线向管座流动。对应第一管座及第二管座的2个阀门134皆对供温块131调整温度的传热介质132开启。
图4显示供温模组13包含2组供热块组，每组供热块组中具有4个不同温度的供温块131、传热介质132与1个输出部133。图中例示有2个管座，其中分别设置有反应管(图中未显示)，左侧者以下称第一管座，右侧者以下称第二管座。4个不同温度的供温块131，其温度分别为4℃(核酸放大产物保存用)、60℃(引子黏合用)、72℃(DNA聚合用)与94℃(DNA变性用)。传热介质132共同由1个输出部133输出，再分别经管线与不同温度的供温块131接触。传热介质132经供温块131调整温度后，再经管线向管座流动。对应第一管座及第二管座的2个阀门134皆对经温度4℃供温块131调整温度的传热介质132开启，对经其他温度的供温块131调整温度的传热介质132关闭。
图5显示供温模组13包含具有4个不同温度的供温块131、传热介质132与1个输出部133。图中例示有2个管座，其中分别设置 有反应管(图中未显示)，左侧者以下称第一管座，右侧者以下称第二管座。4个不同温度的供温块131，其温度分别为4℃、60℃、72℃与94℃。传热介质132共同由1个输出部133输出，再分别经管线与不同温度的供温块131接触。传热介质132经供温块131调整温度后再经管线向管座流动。对应第一管座及第二管座的2个阀门134皆对经温度4℃供温块调整温度的传热介质132开启，对经其他温度的供温块131供温的传热介质132关闭。
图6显示的构件与图5相同。不同点在于，供温模组包含4个输出部133，分别与不同温度的供温块131单独连接。又一不同点在于，对应第一管座及第二管座的2个阀门134皆对经温度60℃供温块131调整温度的传热介质132开启，对经其他温度的供温块131调整温度的传热介质132关闭。
图7显示的构件与图5相同。不同点在于，对应第一管座的阀门134对经温度4℃供温块131调整温度的传热介质132开启，对经其他温度的供温块131调整温度的传热介质132关闭；对应第二管座的阀门对经温度60℃供温块131调整温度的传热介质132开启，对经其他温度的供温块131调整温度的传热介质132关闭。
第一实施例
PCR装置的输送模组上包含24个管座，而可供24个样本随着输送模组运转而依序设置于管座中进行反应。运转模式为间歇式，停留的站点为24个、停留的时间为1分钟45秒。供温模组采用气冷式，包含一个风扇作为输出部，风扇输出的气体作为传热介质，以及分别具有3个供温块。输出部、供温块与管座间以管线连接使传热介质流动，供温块与管座间的管线上设置阀门以控制气体接触管座。风扇输出的气体分流入3个不同管道，以分别连接至3个供温块。经每一个供温块供温的气体再分流入24个不同管道，以分别连接至24个管座。供温模式中3个供温块的供温温度分别为94℃、60℃、72℃，供温时间分别为20秒、60秒、25秒，对每个管座的供温模式都相同。供温模式的供温时间共1分钟45秒，而同步于运 转模式中的停留时间。
第二实施例
PCR装置的输送模组上包含48个管座，而可供48个样本随着输送模组运转而依序设置于管座中进行反应。运转模式为连续式，没有停留的站点、停留的时间，每个管座连接至供温模组管线的时间是1分钟。供温模组采用气冷式，包含一个风扇作为输出部，风扇输出的气体作为传热介质，以及分别具有3个供温块。输出部、供温块与管座间以管线连接使传热介质流动，供温块与管座间的管线上设置阀门以控制气体接触管座。风扇输出的气体分流入3个不同管道，以分别连接至3个供温块。经每一个供温块供温的气体再分流入48个不同管道，以分别连接至48个管座。供温模式中3个供温块的供温温度分别为95℃、65℃、77℃，供温时间分别为25秒、55秒、20秒，对每个管座的供温模式都相同。供温模式的供温时间共1分钟40秒，而同步于运转模式中与每个管座所连接的时间。
第三实施例
PCR装置的输送模组上包含60个管座，而可供60个样本随着输送模组运转而依序设置于管座中进行反应。运转模式为间歇式，停留的站点为60个、停留的时间为1分钟。供温模组采用液冷式，包含3个储液槽作为输出部，储液槽输出的液体作为传热介质，以及分别具有3个供温块。输出部、供温块与管座间以管线连接使传热介质流动，供温块与管座间的管线上设置阀门以控制液体接触管座。储液槽输出的液体分流入3个不同管道，以分别连接至3个供温块。经每一个供温块供温的液体再分流入60个不同管道，以分别连接至60个管座。供温模式中3个供温块的供温温度分别为92℃、55℃、67℃，供温时间分别为15秒、30秒、15秒，对每个管座的供温模式都相同。供温模式的供温时间共1分钟，而同步于运转模式中的停留时间。
第四实施例
PCR装置的输送模组上包含60个管座，而可供60个样本随着 输送模组运转而依序设置于管座中进行反应。运转模式为间歇式，停留的站点为60个、停留的时间为1分钟。供温模组采用液冷式，包含3个储液槽作为输出部，储液槽输出的液体作为传热介质，以及分别具有3个供温块。输出部、供温块与管座间以管线连接使传热介质流动，供温块与管座间的管线上设置阀门以控制液体接触管座。储液槽输出的液体分流入4个不同管道，以分别连接至4个供温块。经每一个供温块供温的液体再分流入60个不同管道，以分别连接至60个管座。供温模式中4个供温块的供温温度分别为95℃、55℃、72℃及4℃。第1至10个管座供温温度95℃、供温时间1分钟，进行热启动聚合酶连锁反应中(Hot start PCR)使聚合酶在高热下活化的步骤。第11至55个管座供温温度分别为95℃、55℃、72℃、供温时间分别为15秒、30秒、15秒，每个管座能进行1个PCR循环，共45个循环。第55至60个管座供温温度4℃、供温时间1分钟。此态样的60个管座间共具有3种不同的供温模式。供温模式的供温时间共1分钟，而同步于运转模式中的停止运转时间。
如上所述，透过本申请所述的PCR反应装置，可达成小单位数量的样本能尽快上PCR装置进行反应的目的。相较于以往批次式，本申请提供的是循环式PCR装置，藉由输送模组的运转使管座在不同站点间移动，让设置于管座上的反应管中的样本随着站点移动进行PCR。新抵达的样本只要等待一个PCR循环的时间，就能立刻设置在PCR装置中闲置的管座上起始反应。
本申请所请发明利用输送模组的设计，以共用供温块、传热介质及/或输出部，而能达到节省能源，且缩小装置体积又能节省空间的效果。
透过输送模组运转使各管座同步移动，因此反应管所进行的一个PCR循环的时间相同，有利于品质管控，也便于纪录完成的循环数。虽然反应管进行一个PCR循环的总时间相同，但PCR循环中各步骤的模式则可以自由调控，而能因应不同样本的各种需求。
以上所述仅为示例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精 神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于申请专利范围所界定的范围中。
符号说明：
1     聚合酶链反应(PCR)装置
11    输送模组
111   轨道
1111  轨道的反应区
1112  轨道的暂存区
112   载台
113   管座
13    供温模组
131   供温块
132   传热介质
133   输出部
134   阀门
14    控制模组
15    驱动模组

Claims (20)

  1. 一种聚合酶链反应装置，包括：
    一输送模组，其包含
    载台；
    轨道，该轨道为循环式且供该载台在该轨道中移动；及
    至少一管座，该至少一管座排列在该载台上，并供至少一个反应管可拆卸式地设置；以及
    一供温模组，其包含至少一个供温块，以调整该至少一个反应管的温度。
  2. 如权利要求1所述的聚合酶链反应装置，其中该管座数量约为1至～100个。
  3. 如权利要求1所述的聚合酶链反应装置，其中该供温模组另包含一传热介质与一输出部。
  4. 如权利要求3所述的聚合酶链反应装置，其中该输出部是储存及/或输出该传热介质，该些供温块是调整该传热介质的温度，且该输出部与该些供温块以管线连接供该传热介质流通。
  5. 如权利要求3所述的聚合酶链反应装置，其中该传热介质为气体或液体。
  6. 如权利要求3所述的聚合酶链反应装置，一部分的该些供温块共用同一个该输出部。
  7. 如权利要求3所述的聚合酶链反应装置，其中该供温模组更包含一阀门，其控制该传热介质对该至少一个反应管的接触。
  8. 如权利要求1所述的聚合酶链反应装置，更包含一控制模组，其控制该输送模组的运转模式与控制该供温模组的供温模式。
  9. 如权利要求8所述的聚合酶链反应装置，其中该输送模组的运转模式包含该输送模组运转一圈使第一管座回到初始位置的过程中，该第一管座所停留站点的数量与停留在各站点的时间。
  10. 如权利要求9所述的聚合酶链反应装置，其中该至少一管座 所停留站点的数量为0至100个。
  11. 如权利要求9所述的聚合酶链反应装置，其中该至少一管座停留各该站点的时间为1至300秒。
  12. 如权利要求9所述的聚合酶链反应装置，其中该至少一管座彼此间所停留站点的数量与停留在站点的时间皆相同。
  13. 如权利要求9所述的聚合酶链反应装置，该至少一管座停留在一个站点时进行一个PCR循环。
  14. 如权利要求8所述的聚合酶链反应装置，其中该供温模式包含供温温度与供温时间。
  15. 如权利要求14所述的聚合酶链反应装置，其中该供温温度在一PCR循环中的变性阶段、退火阶段及延伸阶段依序为92～96℃、45～70℃及67～77℃。
  16. 如权利要求14所述的聚合酶链反应装置，其中该供温时间在一PCR循环中的变性阶段、退火阶段及延伸阶段的总时间为1至300秒。
  17. 如权利要求8所述的聚合酶链反应装置，其中该供温模组具有至少一种供温模式。
  18. 如权利要求17所述的聚合酶链反应装置，其中该供温模组在第一时间点对第一部分的管座以第一供温模式调整温度，对第二部分的管座则以第二供温模式调整温度，其中第一供温模式与第二供温模式间在供温温度与供温时间至少一者不同。
  19. 如权利要求1所述的聚合酶链反应装置，其更包含一驱动模组，其提供动力驱动该载台。
  20. 如权利要求1所述的聚合酶链反应装置，其更包含一检测模组，其检验该至少一个反应管中产物的含量。
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