便携式生化反应器的制作方法

本发明涉及一种生化反应器，特别是涉及一种便携式生化反应器。

背景技术：

现有利用二氧化硅磁珠(magneticbeads)进行核酸萃取(nucleicacidextraction)的生化反应器，其目的在于取出生物样本中的核酸(dna或rna)，进一步提供于例如聚合酶连锁反应(pcr,polymerasechainreaction)等生物检测时使用。

当生化反应进行时，为了提高核酸的取出率，会以搅拌的方式，反复的将生物样本及磁珠与不同功效的试剂充分混合，并依序于进行裂解、清洗、核酸回收等生化反应程序，最终才萃取出纯化后的核酸。

上述的搅拌方式通常是利用马达搭配螺杆的形式，并以上下等速度直线运动的方式在试剂中进行搅拌。为了达到较佳的搅拌均匀度，往往需使用较高价格的控制器，并搭配复杂的电控编程，才能达到搅拌的目的。此外，由于该马达需转动数圈才能驱动该螺杆达到一定的移动行程，这使得现有生化反应器具有较大的耗电量。而马达搭配螺杆的形式，也将使整体设备具有一定重量，难以轻量化且不利于携带。

这样的缺点将使现有生化反应器难以运用在实验室以外的第一线场合，例如养殖业检疫现场或法医现场…等。且因整体结构的成本较高，也难以普及化，使用上极有其应改善的空间。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可提高搅拌效率、降低成本，并利于携带的便携式生化反应器。

本发明的便携式生化反应器，适用于驱动至少一搅拌套沿第一轴向相对至少一试剂匣位移，所述便携式生化反应器包含机架单元，及至少一变速升降单元。

所述机架单元适用于承托所述至少一试剂匣。

所述至少一变速升降单元，包括线性移动模组、变速传动模组，及转动模组，所述线性移动模组具有连接所述机架单元的导轨，及沿所述第一轴向能移动地连接在所述导轨且适用于装设所述至少一搅拌套的滑块，所述滑块相对所述机架单元在顶端位置及底端位置之间移动，于所述顶端位置时，所述滑块适用于远离所述至少一试剂匣，于所述底端位置时，所述滑块适用于邻近所述至少一试剂匣，所述变速传动模组具有传动件及导引件，所述传动件具有反向设置的枢转部及导引部，所述导引件能移动地连接在所述导引部，所述导引件及所述传动件的枢转部二者其中之一连接于所述滑块，所述转动模组连接于所述导引件及所述传动件的枢转部的其中另一，且用于驱动所述传动件转动，使所述传动件在转动过程中，通过所述导引件带动所述滑块沿所述第一轴向依循所述导轨位移，并同步带动所述至少一搅拌套产生变速度直线移动。

本发明的便携式生化反应器，所述至少一试剂匣内装填试剂，并定义液面，所述滑块还能相对于所述机架单元移动至位于所述顶端位置及所述底端位置之间的中点位置，于所述中点位置时，所述滑块适用于带动所述至少一搅拌套的底端邻近所述液面，且所述滑块移动至所述中点位置的瞬时速度是慢于移动至邻近所述顶端位置时的瞬时速度。

本发明的便携式生化反应器，定义正交于所述第一轴向且彼此相互正交的第二轴向及第三轴向，所述转动模组沿所述第三轴向与所述导引件位于所述导轨的两相反侧，并具有动力件及出力轴，所述动力件连接在所述机架单元，所述出力轴沿所述第二轴向枢设于所述动力件，且相对于所述线性移动模组连接在所述导引件及所述传动件的枢转部的其中另一。

本发明的便携式生化反应器，所述滑块连接在所述导引件，所述传动件的枢转部固定在所述转动模组。

本发明的便携式生化反应器，所述传动件的导引部是长条孔，所述导引件滑移于所述导引部内。

本发明的便携式生化反应器，还包含试剂匣移载单元，并定义正交于所述第一轴向的第二轴向，所述试剂匣移载单元包括两个沿所述第二轴向设置于所述机架单元的移载轨道、能移动地设置于所述移载轨道的移载座，及用于驱动所述移载座相对于所述机架单元移动的驱动模组。

本发明的便携式生化反应器，所述驱动模组具有装设于所述移载座的齿条、枢设于所述机架单元的齿轮，及用于驱动所述齿轮的驱动件。

本发明的便携式生化反应器，所述机架单元包括底架及侧架，所述侧架设置于所述底架，并具有开口，所述试剂匣移载单元的移载座具有设置在所述移载轨道的座体部，及能卸除地连接所述座体部的治具部，所述治具部用于装设所述至少一试剂匣，且能自所述侧架的开口取出及放入。

本发明的便携式生化反应器，所述试剂匣移载单元还包括加热模组，所述移载座具有座体部，及治具部，所述座体部设置在所述移载轨道，且供所述加热模组装设，所述治具部能卸除地连接所述座体部，且用于装设所述至少一试剂匣，并具有对应所述加热模组的通孔。

本发明的便携式生化反应器，还包含磁珠转移单元，并包含两个变速升降单元，所述至少一试剂匣内适用于装填数个磁珠，其中一变速升降单元的滑块连接于所述搅拌套，其中另一变速升降单元连接所述磁珠转移单元，所述磁珠转移单元包括至少一插设于所述至少一搅拌套内的磁棒，所述至少一磁棒具有邻近所述搅拌套的底部的磁性部，当所述滑块位于所述底端位置时，所述磁性部适用于将所述磁珠磁吸附于所述搅拌套上。

本发明的有益效果在于：借由所述变速传动模组，可以带动所述至少一搅拌棒产生变速度直线移动，进而提高搅拌效率，也能降低成本及缩小体积与重量，达到便于携带的目的。

附图说明

图1是一立体分解图，说明本发明便携式生化反应器的一实施例与一搅拌排件及四个试剂匣的位置关系；

图2是说明该实施例的一立体图；

图3是说明该实施例的一示意图；

图4是一不完整的局部剖视图，说明该实施例中一滑块位于一顶端位置时，四个搅拌套与所述试剂匣之间的位置关系；

图5是一类似于图4的不完整的局部剖视图，说明该滑块位于一中点位置时，所述搅拌套与所述试剂匣之间的位置关系；

图6是一类似于图4的不完整的局部剖视图，说明该滑块位于一底端位置时，所述搅拌套与所述试剂匣之间的位置关系；

图7是一不完整的侧视图，说明该实施例的一变化例；

图8是一不完整的局部立体分解图，说明该实施例中该搅拌排件与一排件固定单元的位置关系；

图9是一类似于图6的不完整的局部剖视图，说明另一滑块位于一底端位置时，四根磁棒与所述搅拌套的位置关系。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图1、图2，及图3，本发明便携式生化反应器的一实施例定义彼此正交设置的一第一轴向l1、一第二轴向l2，及一第三轴向l3，且适用于驱动一搅拌排件22沿该第一轴向l1相对四个试剂匣21位移。

所述试剂匣21沿该第三轴向l3间隔设置。每一试剂匣21包括数个沿该第二轴向l2排列且用于装填试剂213的试剂槽211，及数个容置于其中一试剂槽211内的磁珠212。每一试剂槽211内的试剂213定义出一液面214。

该搅拌排件22具有四个沿该第三轴向l3间隔排列的搅拌套221。每一搅拌套221可插设于各自的试剂槽211，且沿该第一轴向l1远离该液面214或通过该液面214而浸泡于该试剂213内。

应说明的是，试剂匣21及搅拌套221的数量不以四个为限，也可以是三个以下或五个以上的数量。且于本实施例的其他变化例中，所述试剂匣21也能以深孔板替代。

该实施例包含一机架单元3、一试剂匣移载单元4、两个变速升降单元5、一排件固定单元6、一磁珠转移单元7，及一消毒单元8。

该机架单元3适用于承托所述试剂匣21，包括一底架31、两个侧架32，及两个延伸支架33。

所述侧架32沿该第三轴向l3间隔设置于该底架31，每一侧架32具有一开口321。于本实施例的其他变化例中，也可以是只其中一侧架32具有该开口321，不以此为限。

所述延伸支架33沿该第三轴向l3连接于所述侧架32之间，且沿该第二轴向l2间隔设置。

于本实施例中，所述侧架32是沿该第三轴向l3设置于该底架31的两相反侧。惟于本实施例的其他变化例中，该机架单元3也可以只包括一侧架32，此时所述延伸支架33连接于该侧架32上。于另一变化例中，所述侧架32也可以沿该第二轴向l2跨设于该底架31上，并不以此为限。

该试剂匣移载单元4设置于该机架单元3，包括两个移载轨道41、一移载座42、一驱动模组43，及一加热模组44。

所述移载轨道41相隔一间距且沿该第二轴向l2设置于该底架31上。

该移载座42具有一座体部421、一治具部422，及一治具感测器423。该座体部421能移动地设置于所述移载轨道41之间。该治具部422能卸除地设置在该座体部421，且适用于装设所述试剂匣21，并具有一连通于该座体部421的通孔424。该治具感测器423装设于该座体部421，用于感测该治具部422是否位于该座体部421上。

于本实施例中，该治具部422可以自相对应的侧架32的开口321取出及放入。惟于其他变化例中，该治具部422也可以沿该第二轴向l2自该座体部421取出及放入，此时，所述侧架32皆可以不具有该开口321，当不以此为限。

该驱动模组43用于驱动该移载座42，且使该移载座42相对于该机架单元3移动，并具有一装设于该移载座42的齿条431、一枢设于该机架单元3的齿轮432，及一用于驱动该齿轮432的驱动件433。当该驱动件433驱动该齿轮432转动时，借由该齿条431带动该移载座42，并使该移载座42沿该第二轴向l2移载于该移载轨道41上，借此可适用于将所述搅拌套221依序对应至所述试剂匣21的所述试剂槽211。应说明的是，于本实施例的其他变化例中，也可以替换为皮带轮搭配皮带的形式，而达到驱动的目的，当不能以此为限。

该加热模组44设置于该移载座42的座体部421，且对应该治具部422的通孔424。当操作者装设所述试剂匣21于该治具部422时，每一试剂匣21的其中一试剂槽211是邻近对应该加热模组44，并借由该加热模组44对试剂进行加热，进而提高特定生化反应的效率。于本实施例中，该加热模组44是一金属加热片，但是不以此为限。

每一变速升降单元5连接于该机架单元3，并包括一线性移动模组51、一变速传动模组52，及一转动模组53。

该线性移动模组51设置于该机架单元3的其中一延伸支架33，并具有一连接于该其中一延伸支架33的导轨511，及一沿该第一轴向l1能移动地连接在该导轨511，且适用于装设该搅拌排件22的滑块512。

该滑块512相对该机架单元3在一顶端位置(如图4所示)、一中点位置(如图5所示)，及一底端位置(如图6所示)之间移动。该中点位置位于该顶端位置与该底端位置之间。

于该顶端位置时，该滑块512适用于远离所述试剂匣21，且同步带动所述搅拌套221的底端远离所述试剂匣21。

于该中点位置时，该滑块512适用于带动所述搅拌套221的底端邻近该液面214。

于该底端位置时，该滑块512适用于邻近所述试剂匣21，且同步带动所述搅拌套221通过该液面214且邻近所述试剂匣21的底端。

该变速传动模组52连接于该线性移动模组51及该转动模组53之间，并具有一传动件521及一导引件522。该传动件521具有反向设置的一枢转部523及一导引部524。该导引件522能移动地连接在该导引部524。于本实施例中，该传动件521的导引部524是长条孔，该导引件522呈圆杆状且可转动地滑移于该导引部524内，惟不以此为限。

该转动模组53具有一动力件531及被该动力件531驱动的一出力轴532。该动力件531连接在该机架单元3的其中一侧架32上。该出力轴532沿该第二轴向l2枢设于该动力件531，且能双向旋动，并连接在该变速传动模组52。于本实施例中，该出力轴532是连接于该传动件521的枢转部523，此时，该导引件522是连接于该线性移动模组51的滑块512。

当该出力轴532驱动该传动件521转动时，同步将使该传动件521的导引部524相对于该导引件522移动及转动，进而连动该滑块512沿该第一轴向l1依循该导轨511位移，并同时带动所述搅拌套221产生变速度直线移动。

值得说明的是，于本实施例中，该转动模组53是一步进马达，且沿该第三轴向l3与该导引件522位于该导轨511的两相反侧。借由该步进马达低成本、高扭矩、开回路精确定位控制等特性，利于搭配该变速传动模组52，达到稳定变速度移动的优点。

参阅图7，于本实施例的其他变化例中，也可以是将该枢转部523’枢转连接于该滑块512’，此时，该导引件522’是固定于该机架单元3’上，该出力轴532’呈凸轮状且用于推顶在该传动件521’的导引部524’，并使该传动件521’的导引部524’相对于该导引件522’转动且移动。并不以此为限。

参阅图1、图3，及图8，该排件固定单元6设置于其中一变速升降单元5的线性移动模组51，并包括一设置于该滑块512且适用于装设该搅拌排件22的排件固定座61，及一排件感测器62。

于本实施例中，该搅拌排件22是自相对应的侧架32的开口321取出及放入，并利用该排件感测器62感测该搅拌排件22是否确实安装于该排件固定座61上。

值得说明的是，于本实施例的其他变化例中，所述搅拌套221也可以是单独设置，并各自装设在该排件固定座61。此时，每一搅拌套221是先容置于各自试剂匣21的其中一试剂槽211中。该排件固定座61适用于沿该第一轴向l1自相对应的试剂槽211中连接固定各自的搅拌套221，不以此为限。

参阅图1、图3，及图9，该磁珠转移单元7相对于该排件固定单元6设置于其中另一变速升降单元5的线性移动模组51上，并包括一连接于相对应滑块512的磁棒架71，及四根对应所述搅拌套221设置的磁棒72。

于本实施例中，该磁棒架71与相对应滑块512为一体成型设置，惟于其他变化例中，也能是分开制造再组装结合，并不以此为限。

每一磁棒72插设于各自的搅拌套221内，并具有一连接该磁棒架71的杆部721，及一邻近该搅拌套221的底部的磁性部722。当所述变速升降单元5的滑块512皆位于该底端位置时，该磁性部722适用于将所述磁珠212磁吸附于该搅拌套221上(如图9所示)。

该消毒单元8包括一设置于该机架单元3的uv灯81，于本实施例中，该uv灯81是邻近该试剂匣移载单元4及该磁珠转移单元7。

借由上述结构，以下说明本实施例应用于核酸萃取的生化反应时的作动程序：

步骤一、操作者制备尚未使用过的所述试剂匣21及该搅拌排件22，并将待检验的数个生物样本s对应容置于不同试剂匣21的其中一试剂槽211中。

步骤二、其中一变速升降单元5驱动该排件固定单元6下降，并供操作者将该搅拌排件22固定于该排件固定座61。接着，该其中一变速升降单元5驱动该排件固定单元6上升并远离该底架31，供操作者先将所述试剂匣21固定于该移载座42的治具部422，再将该治具部422连同所述试剂匣21固定于该移载座42的座体部421。于此同时，该移载座42的治具感测器423及该排件固定单元6的排件感测器62将检知是否皆已正确安装，接着才执行后续的生化反应，借此达到安全的操作机制。

下述的步骤三至步骤六，是说明如何将所述生物样本s依序于所述试剂槽211中，搭配所述磁珠212及不同性质的试剂213进行裂解、清洗、核酸回收等反应程序。

步骤三、首先需先将该生物样本s的细胞壁与细胞膜，于具有细胞组织裂解功效的试剂213中，搭配所述磁珠212进行分离破坏，以释出其中的核酸。于本实施例中，是借由该其中一变速升降单元5，驱动所述搅拌套221于所述试剂槽211内进行短距离的上下变速度搅拌，借此达到均质化及缩短反应时间的功效。应说明的是，于搅拌进行时，该其中另一变速升降单元5的滑块512是持续位于该顶端位置，并连动所述磁棒72远离所述搅拌套221。

此外，值得说明的是，于本实施例中还具有如下的功效：当该线性移动模组51的该滑块512于该中点位置(如图5所示)时，适用于带动所述搅拌套221的底端邻近该液面214，此时，由于该导引件522与该出力轴532的距离缩小，将使该滑块512的移动速度减慢，借此可以避免所述搅拌套221突破该液面214时，所造成的试剂213或所述生物样本s的飞溅，进一步降低污染的产生。也就是说，该滑块512移动至该中点位置(如图5所示)的瞬时速度是慢于移动至邻近该顶端位置(如图4所示)及该底端位置(如图6所示)时的瞬时速度。惟于本实施例的其他变化例中，也能借由调整该导引件522与该出力轴532于该第一轴向l1上的相对位置，进而改变于不同位置之间的瞬时速度关系，所以不以此为限。

步骤四、均质化后的生物样本s连同分离出的核酸将附着于所述磁珠212，此时是如图9所示，借由其中另一变速升降单元5驱动该磁珠转移单元7，带动每一磁棒72穿设于各自的搅拌套221，并使每一磁棒72的磁性部722邻近各自搅拌套221的底端，进而将所述磁珠212吸附于该搅拌套221的外侧。接着，所述变速升降单元5同步带动所述搅拌套221及所述磁棒72上升，并远离所述试剂匣21。应说明的是，于本实施例中，是借由设置两个相同结构的变速升降单元5，使所述搅拌套221及所述磁棒72等速上升，惟于其他变化例中，也可以将驱动所述磁棒72的变速升降单元5替换为其他例如皮带、螺杆，或连动机构等驱动方式，当不能以此为限。

步骤五、待该试剂匣移载单元4驱动所述试剂匣21沿该第二轴向l2移载，并使所述试剂匣21的另一试剂槽211位于所述搅拌套221的下方后，接着重复步骤三及步骤四的搅拌及移转程序。此时是搭配用于去除其它非核酸物质的试剂213，并于不同试剂槽211中反复清洗，达到纯化萃取的目的。此外，于本实施例中，还可借由该加热模组44，于特定的生化反应中进行加热，进而提高反应的效率。

步骤六、于最后一试剂槽211中容置的试剂213，是用于将所述生物样本s的核酸自所述磁珠212析出。接着再驱动该其中另一变速升降单元5驱动所述磁棒72远离所述试剂匣21，便可供操作者自本实施例中取出完成生化反应的所述试剂匣21。

步骤七、待操作者接着取出该搅拌排件22后，启动该消毒单元8，并针对该试剂匣移载单元4及该磁珠转移单元7进行紫外光的消毒杀菌，进一步降低污染的产生。

本实施例的测试结果，汇整于下列表1.及表2.中。其中，现有萃取装置是如背景技术所述，以螺杆带动搅拌套等速度上下移动的方式。测试结果是在相同萃取试剂、相同震动次数，及相同震动幅度下，针对两种生物样本s各进行两次的核酸萃取实验，并取其核酸浓度(单位为ng/μl)的平均值进行核酸萃取回收率的比较；此外，以现有萃取装置的回收率为100％，计算本实施例的回收率。吸亮度比值(od260/od280ratio)代表核酸抽出的纯度，当吸亮度比值大于1.6时，表示已达到较佳的萃取纯度。

表1.以200μl的人类血液进行测试：

表2.以40mg的鸡脾组织进行测试：

借由上述结构及作动程序，本实施例具有以下优点：

一、当针对该生物样本s的细胞壁与细胞膜，于具有细胞组织裂解功效的试剂213中进行分离破坏时，借由该其中一变速升降单元5带动所述搅拌套221产生变速度移动，可更有力的搅动容置于所述试剂槽211内的所述磁珠212，达到较佳的研磨效果，进而提高释出的核酸比例。

二、均质裂解后的生物样本s，还需进一步通过反复的清洗，才可以去除其它非核酸物质。借由带动所述搅拌套221产生变速度移动，将增加试剂213内的紊流强度(turbulenceintensity)，进一步达到极佳的混合搅拌效果，除了可以提高搅拌均匀度，也利于热能的传递及缩短搅拌时间。

三、借由该变速传动模组52，除了相较于现有技术缩小整体的体积及重量，而达到更佳的便携性之外，也能达到较佳的混合搅拌效果，所以可以简化针对该转动模组53的编程需求，进而无需采购复杂编程所需的高价格控制器，进一步降低整体所需的成本，更利于便携性。

四、相较于现有生化反应器的高耗电特性，本实施例借由该变速传动模组52，使该转动模组53的出力轴532转动极小的圈数，便可达到搅拌的目的，使用上将大幅降低耗电量，这将利于免插电操作(以电池驱动)的可行性，进而适合将本实施例运用在实验室以外的第一线场合，达到更佳的便利性与普及化。

综上所述，确实能达成本发明的目的。

惟以上所述者，只为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明涵盖的范围内。