本发明是关于一种用于生物或化学分析物的培养仪器。尤其是一种具有转动系统的培养仪器。
背景技术
聚合酶链反应(polymerasechainreaction,pcr)已被广泛地用于核酸分析的许多领域。聚合酶链反应在不同反应阶段需要特别注意温度控制。举例来说，双股dna模板在摄氏约95度的环境下使得双股dna变性。接着，把温度降低至摄氏约40-70度。双股dna在高温下形成单股的状态，而在较低的温度环境下，较短的合成寡核苷酸引子与单股dna互补序列交和。接下来，温度再度提高至摄氏约72度。在这个温度环境下，耐热的dna聚合酶从引子的位置进行合成，产生与原始单股dna模板互补的序列。通过多次重复这个不同温度的循环，而且在倍增过程反应正常的状况下，模板dna的数量在每次循环结束后增加1倍。除了聚合酶链反应以外，大部分的化学或生物反应需要在特定的温度条件下才可能依预测的反应模式进行。其他需要严格温度控制的反应包含免疫复合物(immunocomplex)形成、滚动循环扩增技术(rollingcircleamplification,rca)、和几乎所有牵涉酵素的反应及其他化学反应。
目前有一些方法可以用来控制反应温度。举例来说，在聚合酶链反应中，反应容器通常会被放置在一个金属制基块内，基块的温度定期改变。另一种方式是，反应溶液在一个反应通道或管道重复经过不同温度的区域，以达到温度循环的目的。目前还亟需一种可以以不破坏温度环境且自反应容器添加或移除其他物质到的装置。
技术实现要素：
根据本揭露内容部分实施例，提供一种可以让液体自反应容器进出且维持反应容器在温度控制装置内的仪器。
根据本揭露内容部分实施例，提供一种培养仪器包含具有开孔的平台及导热盘，开孔的一端由导热盘密封。致动器与平台相连接，使得制动器的作动传递至平台。培养遮罩可移动地设置在平台上，相对应于导热盘致动器。
根据本揭露内容部分实施例，致动器包含作动盘以及轴承连接到作动盘，并远离作动盘延伸，平台与轴承相连。
根据本揭露内容部分实施例，平台具有第一导热系数，导热盘具有第二导热系数，以及第二导热系数大于第一导热系数。
根据本揭露内容部分实施例，培养遮罩包含绝热罩，绝热罩具有倒置碗型，且绝热罩具有第三导热系数与第一导热系数相同。
根据本揭露内容部分实施例，培养遮罩还包含遮罩盖温控元件安装于培养遮罩的绝热罩的内壁，遮罩盖温控元件面向平台。
根据本揭露内容部分实施例，培养遮罩具有通孔使得液体流通。
根据本揭露内容部分实施例，培养仪器还包含温度控制元件配置在导热盘上。
根据本揭露内容部分实施例，培养仪器还包含支架设置在平台上，培养遮罩与支架可移动地结合。
根据本揭露内容部分实施例，导热盘具有顶面及背面，导热盘的顶面面向培养遮罩，且导热盘大于开孔。
根据本揭露内容部分实施例，培养仪器还包含流动室配置在导热盘的顶面且由平台包围。
根据本揭露内容部分实施例，流动室界定腔室及包含窗口覆盖腔室的上部，且通口形成于窗口，使得液体流通。
根据本揭露内容部分实施例，流动室还包含基板配置在腔室内。
根据本揭露内容部分实施例，基板包含荧光材料。
根据本揭露内容部分实施例，流动室包含多个磁性微粒配置在腔室内。
根据本揭露内容部分实施例，培养仪器还包含磁性元件配置在导热盘的背面。
根据本揭露内容部分实施例，培养仪器可适当加热，并在腔室内维持特定温度，同时提供良好的循环，适度的摆动，使得对温度特别敏感的反转录脢-聚合脢链反应可以得到精准的控制，提高产值及准确度。
附图说明
本发明的上述和其他态样以及特征请参照说明书内容并配合附加附图得到更清楚的了解，其中：
图1是根据本揭露内容部分实施例的培养仪器立体示意图；
图2是根据本揭露内容部分实施例的图1培养仪器侧视示意图；
图3是根据本揭露内容部分实施例的图1沿着y-y’轴的剖面示意图；
图4是根据本揭露内容部分实施例的图1沿着y-y’轴的剖面示意图；
图5是根据本揭露内容部分实施例的培养仪器立体示意图；
图6是根据本揭露内容部分实施例的图5沿着y-y’轴的剖面示意图；
图7是根据本揭露内容部分实施例的图5培养仪器摆动立体示意图；
图8是根据本揭露内容部分实施例的培养仪器立体示意图；
图9a-9b是根据本揭露内容部分实施例的培养仪器侧视示意图；
图10是根据本揭露内容部分实施例的流动室剖面示意图；
图11是根据本揭露内容部分实施例的流动室配置在培养仪器剖面示意图；
图12是根据本揭露内容部分实施例的流动室配置在培养仪器剖面示意图；
图13是根据本揭露内容部分实施例的培养系统立体示意图；
图14是根据本揭露内容部分实施例的流动室配置在培养仪器内的培养系统剖面示意图；以及
图15a-15b是根据本揭露内容部分实施例的流动室配置在培养仪器内的培养系统剖面示意图。
具体实施方式
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施态样与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节之情况下实践本发明之实施例。
请参考图1。图1绘示培养仪器100。培养仪器100包含致动器110、平台130以及培养遮罩152。根据本揭露内容部分实施例，致动器110包含致动器外壳112，致动器外壳112包覆致动器110部分的机械元件。致动器外壳112架设在致动器支撑脚114上，且如图1所示，致动器110稍微自工作平面悬空抬升。致动器110还包含作动盘116，作动盘116卡固于致动器外壳112。作动盘116可能隐藏于致动器外壳112内，在其他的实施例，作动盘116架设在致动器外壳112的侧壁如图1所示。作动盘116可能依顺时钟方向或逆时钟方向转动至特定幅度。致动器110可能为步进马达、电动柱塞式马达、油压马达、电动马达、电磁式马达，且本揭露内容不以此为限。
请参考图2。致动器110包含轴承118，轴承118连接到作动盘116。轴承118通过扣合物与作动盘116固定，且轴承118自作动盘116向外突出。根据本揭露内容部分实施例，轴承118与作动盘116的平面几近垂直相交，如图2所示。轴承118与作动盘116之间的啮合使得作动盘116的运动可以传递到轴承118。举例来说，当作动盘116以逆时钟方向运动，轴承118跟随作动盘116的运动轨迹。
请复参考图1，平台130为一具有平坦表面的平板。平台130是由热绝缘材料形成。举例来说，热绝缘材料可以是玻璃、聚苯乙烯(polystyrene)、聚氨酯(polyurethane,pu)或聚缩醛(polyoxymethylene,pom)。平台130具有导热系数介于约0.02至3wm-1k-1。根据本揭露内容部分实施例，平台130的形状是长方形，而其他任何几何形状亦可以被利用。平台130的背面边缘具有向下延伸的凸板132。凸板132形成有接收通孔(图未示)。接收通孔是用来承接轴承118，如图1所示。平台支撑脚134同样形成有接收通孔136用来承接轴承118。
请参考图2。组装时，平台支撑脚134的接收通孔136以及平台凸板132彼此对齐以承接轴承118。轴承118横向经过第一平台支撑脚134，第一凸板132，第二凸板132以及第二平台支撑脚134。轴承118横跨平台130的背面。平台支撑脚134与轴承118之间的啮合为可移动的，但是凸板132与轴承118之间的接合是固定的。在这样的配置下，由作动盘116引起的运动可以从轴承118传递到凸板132且进一步传递到平台130。致动器110运作的当下，致动器支撑脚114与平台支撑脚134保持静止不动。
根据本发明部分实施例，轴承118与作动盘116相连，轴承仅跨越第一平台支撑脚134、第一凸板132。第一平台支撑脚134与轴承118之间的啮合为可移动的，但是第一凸板132与轴承118之间的接合是固定的。在这样的配置下，由作动盘116引起的运动可以从轴承118传递到第一凸板132且进一步传递到平台130。与图2所示的实施例不同的是，轴承118长度减少，不会横跨平台130。平台130相对应另一边的第二凸板132与第二平台支撑脚134之间以可活动的插销结合。当致动器110运动，带动作动盘116以及轴承118，轴承118把致动器110的运动传递到平台130，而第二凸板132与第二平台支撑脚134之间可活动的插销，允许平台130随着轴承118的运动摆动。
请复参考图1，平台130形成有开孔138。开孔138可以有任何几何形状。根据本揭露内容部分实施例，开孔138是长方形的，如图1所示。开孔138的其中一端由导热盘142密封。请参考图3，绘示了培养仪器100沿着图1的y-y’轴纵切面剖面图。导热盘142可以通过扣合件架设在平台130上。导热盘142的顶面142a面向开孔138，且被当作开孔138的底部，导热盘142的背面142b背向开孔138。导热盘142的尺寸可以大于开孔138的通孔孔径，尤其指其覆盖开孔138的面积，如图3所示。抑或是导热盘142可以与开孔138的通孔孔径尺寸相当。开孔138的其中一端与导热盘142紧密的贴合。导热盘142是由具有良好导热系数的材料所组成，举例来说，石墨烯(graphene)、铜或铝。导热盘142具有大于至少10wm-1k-1的导热系数。导热盘142的导热系数远大于平台130的导热系数。举例来说，如果平台130具有约0.1wm-1k-1的导热系数，导热盘142可以具有约200wm-1k-1的导热系数。
请继续参考图3，温度控制元件144设置在导热盘142上。温度控制元件144可以为加热或降温元件，使得导热盘142的温度增加或降低。温度控制元件144直接架设在导热盘142上。根据本揭露内容部分实施例，温度控制元件144是设置在导热盘142的背面142b。温度控制元件144亦可悬吊于平台130之下。温度控制元件144与平台130主体不直接接触但是可以与导热盘142直接接触。
根据本揭露内容部分实施例，如图4所示，绘示培养仪器100沿着如图1的y-y’轴纵切剖面，温度控制元件144是设置在导热盘142的顶面142a。当温度控制元件144是架设在导热盘142的顶面142a，导热盘142的尺寸远大于开孔138的孔径，且平台130背面部分削薄，自备面向内凹陷(凹陷部)，用来容纳温度控制元件144。因此，温度控制元件144由热绝缘的平台130包覆且与导热盘142接触。这种态样允许更好的热绝缘效果，因为温度控制元件144的热辐射通过直接接触导热盘142传递，且温度控制元件144的其他部分被平台130遮蔽。热绝缘的平台130帮助减少温度控制元件144的热量散逸于外在环境。
温度控制元件144的形状可以是任何态样。举例来说，温度控制元件144可以是长条状横跨导热盘142。温度控制元件144的数量也可能多于一个。温度控制元件144可以是电阻加热器(resistiveheater)、热电致冷器(thermoelectriccooler,tec)，加上散热扇，加热或冷却的循环系统及其组合。温度控制元件144可以配置在导热盘142的边缘或设置于导热盘142的一部分上，本揭露内容不以此为限。
请附参考图1。培养遮罩152可移动地设置在平台130上。培养仪器100包含支架160配置在平台130上。根据本揭露内容部分实施例，支架160具有主体162，且主体162靠两只脚164立设于平台130上。主体162与平台130之间形成了一个空间。轨道系统168架设在支架160的主体162上。轨道系统168可以自由地往前或往后移动。也就是说，轨道系统168可以依往平台130的开孔138的方向前进，或依反方向缩回。培养遮罩152架设在轨道系统168上，使得培养遮罩152可以在平台130表面上移动。培养遮罩152的边缘与平台130表面切齐。培养遮罩152移动的时候，滑过平台130表面。培养遮罩152可以由与平台130相同的绝热材料做成。在另一实施例中，培养遮罩152与平台130是用不同的材料做成，但是培养遮罩152仍然具有比导热盘142更低的导热系数。
根据本揭露内容部分实施例，培养遮罩152是由透明的材料做成，使得预定波长的辐射信号可以穿透培养遮罩152。
请参考图5。当轨道系统168向平台130的开孔138伸展，培养遮罩152也被带着沿轨道运行，平顺地扫过平台130表面。轨道系统168可以延伸到至少让培养遮罩152可以完全遮蔽开孔138。开孔138一端由导热盘142密封，开孔138另一端由培养遮罩152密封。开孔138的形状与培养遮罩152的形状可能不一样，只要培养遮罩152能完全覆盖开孔138不暴露出来即可。根据本揭露内容部分实施例，如图5所示，培养遮罩152具有通孔154。通孔154可以是穿透培养遮罩152的孔洞，如此一来，外来物可以进入培养遮罩152与导热盘142之间的空间，或者在其他状况下可以自开孔移除在培养遮罩152与导热盘142之间的空间的外来物。根据本揭露内容部分实施例，通孔154是一个阀，可以依培养遮罩152与导热盘142之间的空间需要的反应条件关闭或阖起。
请参考图6。图6绘示培养仪器100依图5的轴y-y’纵切的剖面图。为了使图示清楚表现，仅绘示部分原件。培养遮罩152包含遮罩盖152a，遮罩盖152a是由与平台130类似的热绝缘材料做成。遮罩盖152a可以具有倒置碗型且有一深度增加了开孔138的高度，如图6所示。根据本揭露内容部分实施例，遮罩盖152a可以沿着开孔138的侧壁封闭开孔138，而不增加开孔138的高度。遮罩盖152a可以包含遮罩盖温度控制元件152b架设在遮罩盖152a的内壁上。当培养遮罩152封闭开孔138，遮罩盖温度控制元件152位于开孔138内。开孔138成为密封的空间，可以用来摆设，举例来说，像是反应容器。当温度控制元件144与遮罩盖温控元件152b在使用的状态下，在开孔138的空气可以被加热或冷却，取决于事先预订的温度控制范围。温度控制元件144与遮罩盖温控元件152b可以同时运作，或者，可以其一在运作，其一在休息的状态。根据本揭露内容部分实施例，可以不包含遮罩盖温控元件152b。在遮罩盖152a上的通孔154，允许气体与液体自开孔138流通。
请参考图7。当致动器110运作的时候，平台130倾斜至角度α，角度α是相对于一基准水平a1的角度，如图7所示。基准水平a1是当致动器110没有运作，平台130静止不动的水平角度。当致动器110被启动，举例来说，沿着顺时钟方向运动，作动盘116的动作通过轴承118传递至平台130。平台130因此与作动盘116做出同样的顺时钟运动。当作动盘116沿着逆时钟方向运动，平台130同样沿着相同轨迹运动。培养遮罩152也跟随致动器110产生的运动一起摆动，且在摆动的同时保持开孔138密封的状态。作动盘116摆动的频率与幅度可以由致动器控制元件(图未示)做不同参数的设定。
请参考图8，根据本揭露内容绘示另一实施例培养仪器200。培养仪器200与培养仪器100类似，主要差异之处在于致动器210。培养仪器200包含致动器210，平台230与培养遮罩152。与致动器110不一样之处在于，致动器210具有一液压系统212，以及轴承218其中一端连接到液压柱，轴承218另一端连接到平台230。平台230与平台支撑脚234以可以移动的方式相接合，使得平台230可以摇摆。根据本揭露内容部分实施例，平台230的凸板232具有枢轴236由平台支撑脚234承接。
请继续参考图8。液压系统212产生上下运动的模式。当液压柱往上或往下运动，轴承218被推出圆筒，或收缩进入圆筒。轴承218的运动造成平台230的摆动，此摆动模式与致动器110造成的运动模式类似。
请参考图9a与图9b，绘示根据本揭露内容另一实施例培养仪器300。培养仪器300与培养仪器100类似，不同之处在于致动器310。致动器310包含皮带316。如图9a所示，皮带316在致动器310与轴承318之间形成一环状圈。平台330在平台支撑脚314上呈静止状态。当致动器310启动，皮带316旋转且带动轴承318进入自旋状态。如图9b所示，轴承318传递旋转的运动模式到平台330，使得平台330跟着摇摆。
请参考图10，绘示流动室500剖面图。培养仪器100可进一步包含流动室500。流动室500具有流动室外壳512，用来当作承接容器，以流动室外壳512范围界定腔室518。腔室518可以容纳生物性或化学性分析物(图未示)。流动室外壳512由肉眼可透视的窗口514封闭，窗口514覆盖腔室518上部。当分析物被放置在腔室518内，流动室外壳512内的反应环境条件可以从窗口514观察得到。窗口514一部分界定了通口516。通口516允许液体或其他外来物可以进入或排出腔室518。流动室外壳512可以示任何几何形状，举例来说，椭圆形、方形或其它形状。流动室500可以包含基板522配置在腔室518的底部。基板522可以包含荧光材料。荧光材料可以与特定分子反应，且当化学或生物反应发生时，荧光材料用来当作指示剂。荧光信号可以自窗口514透出。基板522的实例包含玻璃、石英及硅等。
请参考图11。流动室500容纳于平台130的开孔138内。根据本揭露内容部分实施例，流动室外壳512是个长方形块状物，与开孔138形状相契合，如图10所示。流动室500配置在导热盘142上。导热盘142的顶面142a与流动室外壳512的底部直接接触。流动室500座落在导热盘142上，且培养遮罩152覆盖容纳有流动室500的开孔138。根据本揭露内容部分实施例，流动室外壳512可以有不同于开孔138形状的态样，且流动室外壳512的侧壁不与平台130接触。根据本揭露内容部分实施例，多于1个以上的流动室500可以放置在导热盘142上。流动室500的高度范围介于流动室外壳512的底部至窗口514，流动室500的高度不可超过开孔138厚度，这样一来，当培养遮罩152滑过平台130，培养遮罩152才不会被流动室500上部挡住而卡住。当流动室500被限制在开孔138内，培养遮罩152的通孔154与流动室500的通口516对齐。因为通孔154与通口516对齐，其他原料可以自流动室500的腔室518进入或排出。
请继续参考图11，当通孔154是阀装置的时候，有阀门可以将通孔154封闭，平台130的开孔138因培养遮罩152紧密覆盖形成密封状态。流动室500与开孔138都在密封状态，使得液体挥发的情形减至最低。当需要高温的反应环境，加热温度控制元件144，且热量被传递至导热盘142。热量自导热盘142通过导热盘142与流动室500的直接接触，再传递至流动室500。同时，热量被保留在开孔138内，因为平台130与培养遮罩152同样都是由热绝缘材料做成，因此预定的温度可以轻易地达成且维持在一定水平。除此之外，遮罩盖温控元件152b协助保持密闭空间的温度。
液体可以通过通孔154从流动室500的通口516注入。部分气泡可以形成在流动室500的液体中。当平台130根据作动盘116的运动摆动，由于地心引力，液体与气泡往不同的方向移动。也就是说，气泡可以自通口516排出并且排放出腔室518，再通过通孔154离开开孔138。
请参考图12，绘示培养仪器另一实施例。根据本揭露内容，流动室500还可以包含磁性微粒524。磁性微粒524的尺寸可以小于1μm至100μm之间，较佳地小于30μm，更佳地介于1至10μm之间。磁性微粒表面可以被其他材料覆盖，像是二氧化硅、聚苯乙烯等。培养仪器100还可以包含磁性元件146配置在导热盘142的背面142b。磁性元件146可以通过导热盘142施加磁场至流动室500，且磁性微粒524的位置可以由磁性元件146产生的磁场控制。举例来说，磁性微粒524可以群聚在腔室518的一个角落。磁性元件146可以在腔室518内与基板522有相同的面积大小。根据本揭露内容部分实施例，磁性元件146包含永久性磁铁。
请参考图13，绘示另一实施例培养系统1100。培养系统1100包含培养仪器100与液体控制元件。仅部分液体控制元件绘示于图13。液体控制元件包含分注器612a。分注器612a提供了像是分析物或溶液。分注器612a与培养仪器100之间达成液体流通。为求图示清晰明了，仅部分分注器612a绘示于图13。分注器612a与通孔154对齐。当液体加入分注器612a，液体流经过通孔154，再通过通口516进入腔室518。依反应需要，分注器612a可以随着培养仪器100的角度一起摆动。请继续参考图13，培养系统1100还可以包含侦测元件712a，侦测元件712a具有发光元件以及接收元件(图未示)。侦测元件712a的发光元件可以包含发光二极管(light-emittingdiode,led)。根据本揭露内容部分实施例，侦测元件712a悬挂在培养遮罩152之上，如图13所示。因为培养遮罩152是由可透光的材料做成，来自侦测元件712a且具有预定波长的辐射可以通过培养遮罩152进入腔室518。特定化学或生物分析物可以对辐射反应，且穿透经过培养遮罩152回传信号，由侦测元件712a的接收元件接收。
请参考图14。根据本揭露内容部分实施例，分注器612b接合于培养遮罩152。分注器612b指向通孔154且与通口516对齐，液体可以借此配置进入腔室518。需注意，分注器612b依然与培养系统1100的液体控制元件相连接，举例来说，通过更长的软管连接。当分注器612b与培养遮罩152紧密接合的时候，培养遮罩152可以同时以与平台130平行的方向运动，亦可以与平台130垂直的方向运动，这样一来，可以提供分注器612b与腔室518的通口516之间完全的密合。
请参考图15a，根据本揭露内容绘示培养系统另一实施例。根据本揭露内容部分实施例，培养遮罩152不是由透明的材料做成，而侦测元件712b附着于培养遮罩152的内壁。如图15a所示，侦测元件712b悬挂在流动室500的窗口514上方。遮罩盖温度控制元件152b依侦测元件712b的外型改变其配置模式。根据本揭露内容部分实施例，遮罩盖温度控制元件152b是环状包围侦测元件712b。来自侦测元件712b的辐射经过窗口514进入腔室518，而来自腔室518的信号由侦测元件712b的接收元件接收。
请参考图15b，根据本揭露内容绘示培养系统另一实施例。侦测元件712c与轨道系统168组合，且培养遮罩152一部分挖空，使得侦测元件712c的辐射可以穿越通过培养遮罩152。遮罩盖温度控制元件152b因应侦测元件712c的配置方式而被分为两个部分，如图15b所示。
根据本揭露内容，热绝缘平台是用来承接反应容器。反应容器放置在导热盘上，使得热导通速率更快。反应容器的温度可以更微幅且精密的调控，使得温度得以在培养期间维持在预定的数值，尤其，平台与培养遮罩共同预防不必要的热量逸散于环境中。平台的摆动让反应物的分布更均匀，且可有效促进反应速率。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。