专利名称：聚合酶链锁反应装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种反应装置，特别是指一种聚合酶链锁反应装置。
背景技术：
在分子生物学基础研究上，聚合酶链锁反应(PCR)被广泛地运用于基因克隆和制造突变；在临床医学上PCR被用于鉴别遗传疾病和快速检测病毒、病菌感染。以传统的方式来检测病毒、病菌的感染时，通常要把病源体培养数周才能做鉴定，而运用PCR时，则可迅速判断人体细胞中是否有病毒存在、病菌的DNA而确诊。PCR是核酸放大广泛使用的方法。近年来使用微机电技术来设计和制造PCR芯片已经越来越普遍，DNA放大的结果是令人满意的。一般而言，PCR芯片可以分为两种类型 微腔体式和连续流式，微腔体式可以任意改变热循环的次数也适用在其它的热反应上，但是温度控制较为复杂；而连续流式可以稳定的提供标准PCR所需要的温度区域，但是热循环的次数无法改变。常见的PCR装置则是将复制检体放入一容器中，再将容器放入具有升、降温功能的热循环机台上，通过热循环机台作之升、降温动作对容器中的检体进行反应，若该所需的三个复制温度为高温、低温和中温时，该机台是先以高温对容器中的检体加热，至所需时间之后再降温低温对容器中的检体加热，再于完成低温的所需时间后，在将温度升至中温对容器中的检体加热，至所需的时间后即完成PCR。虽然上述的方式可完成PCR，但是其缺点则是在复制的过程中热循环机台所占之升、降温时间比例过大，因此导致复制所需的时间增加，而无法达到快速的功效。目前已有相关业者研发出利用机械手臂挟持一装设有检体的试管，并设定机械手臂将其上的试管移至一具有不同温度区的机台上，如所需的三个复制温度分别为高温、低温和中温时，则机械手臂是将其上的试管先移至高温的温度区上，至所需的时间后，再移至低温的温度区上，至所需的时间后，再移至中温的温度区上，如此，即可完成PCR，而虽然以该方式可避免上述因升、降温所花费的时间，但是由于该机台的体积较小，因此比需要有非常精密的机械手臂控制系统，才能使机械手臂将其上的试管准确的移至所需的温度区，而造成成本的增加，故通过机械手臂挟持检体的试管的方式并无法符合实际运用之所需。因此本发明提供一种聚合酶链锁反应装置，其是结构简单，组装容易，而且体积小，不占空间，如此可解决上述的问题。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种聚合酶链锁反应装置，其是通过一旋臂以使一承载座位于不同的发热组件上方，并于承载座上设置一检体，以使检体进行聚合酶链锁反应，如此可使聚合酶链锁反应装置的结构简单，以增加检体进行聚合酶链锁反应的便利性， 且旋臂旋转至些发热组件上方可使承载座抵于发热组件，因此可使检体于发热组件上受热时较为均勻，如此可提升检体进行聚合酶链锁反应的效率。
为了达到上述的目的，本发明是一种聚合酶链锁反应装置，包含一基座；复数个发热组件，环设于该基座上方；一旋臂，旋设于该基座并位于该些发热组件的上方，该旋臂设有一凹槽；一承载座，挂设于该凹槽；以及一驱动装置，设于该基座下方并与该旋臂相接设，该驱动装置驱动该旋臂旋转至该些发热组件上方，该承载座抵于该些发热组件而于该凹槽内滑动。本发明中，其中该承载座具有复数个勾扣部，该勾扣部勾设于该旋臂上方。本发明中，其中该承载座具有至少一限位部，该限位部位于该勾扣部的下方，该旋臂位于该限位部与该勾扣部之间。本发明中，其中该承载座的材料包含铜、紫铜、无氧铜、铬铜、铬错铜、黄铜、青铜、 铝、镁、钼、锌、镍、锡、银、黄金、白金、铁、钢、碳钢、铅、陶瓷、玻璃，或上述任一组合者。本发明中，其中该承载座的材料包含高密度聚乙烯(High DensityPolyethylene, HDPE)、中密度聚乙烯(Medium Density Polyethylene, MDPE)、低密度聚乙烯(Low Density Polyethylene, LDPE)、线个生{氐密度聚乙炼(LinearLow Density Polyethylene, LLDPE)、聚丙烯(Polypropylene, PP)、聚苯乙烯(Polystyrene, PS)、聚甲基丙烯酸甲酯 (Polymethylmethacrylate, PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)，或上述任一组合者。本发明中，其中该些发热组件包含一变性发热组件，设于该基座；一延伸发热组件，设于该基座并与该变性发热组件相邻；以及一黏合发热组件，设于该基座，该黏合发热组件与该延伸发热组件相邻并与该变性发热组件相对。本发明中，更包含一冷却组件，该冷却组件设于该基座，该冷却组件与该延伸发热组件相对且与该变性发热组件及该黏合发热组件相邻。本发明中，其中更包含一散热体，该散热体设于该冷却组件下方。本发明中，其中更包含一风扇，该风扇设于该散热体下方。本发明中，其中更包含一反应容器，该反应容器设于该承载座。本发明中，其中该反应容器设有至少一容置孔。本发明中，其中该反应容器内设置一温度传感器。本发明中，其中该温度传感器为一线型、薄型热电偶温度传感器。本发明中，其中该温度传感器为一红外线温度传感器。本发明中，其中该反应容器的材料为聚对二甲基硅氧烷 (poly-dimethylsiloxane, PDMS)。本发明中，其中该反应容器的材料包含铜、紫铜、无氧铜、铬铜、铬错铜、黄铜、青铜、铝、镁、钼、锌、镍、锡、银、黄金、白金、铁、钢、碳钢、铅、陶瓷、玻璃，或上述任一组合者。本发明中，其中该反应容器的材料包含高密度聚乙烯(High DensityPolyethylene, HDPE)>ψWit^Ζ. (Medium Density Polyethylene, MDPE) 密度聚乙烯(Low Density Polyethylene, LDPE)、线性低密度聚乙烯(LinearLow Density Polyethylene, LLDPE)、聚丙烯(Polypropylene, PP)、聚苯乙烯(Polystyrene, PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)，或上述任
一组合者。本发明中，其中该驱动装置为一步进马达。本发明中，其中该驱动装置为一伺服马达。本发明中，其中该驱动装置为一无刷马达(霍尔马达)。本发明中，其中该驱动装置为一单相交流马达。本发明中，其中该驱动装置为一三相感应马达。本发明中，其中该驱动装置为一串激式直流马达。本发明中，其中该驱动装置为一分激式直流马达。本发明中，其中该驱动装置为一复激式直流马达。本发明具有的有益效果本发明的聚合酶链锁反应装置，通过旋臂以使承载座位于不同的发热组件上方，并于承载座上设置一检体，以使检体进行聚合酶链锁反应，如此可使聚合酶链锁反应装置的结构简单，以增加检体进行聚合酶链锁反应的便利性，并且可使承载座抵于发热组件，使检体于发热组件上受热时较为均勻，如此可提升检体进行聚合酶链锁反应的效率。
图1为本发明较佳实施例的聚合酶链锁反应装置的俯视图；图2为本发明较佳实施例的聚合酶链锁反应装置的前视图；图3为本发明较佳实施例的聚合酶链锁反应装置的右视图；图4A为本发明较佳实施例的承载座的作动示意图；图4B为本发明较佳实施例的承载座的作动示意图；图5为本发明较佳实施例的反应容器的结构示意图；以及图6A至图6D为本发明较佳实施例的反应容器制作步骤示意图。图号简单说明10基座20发热组件
22变性发热组件24延伸发热组件
26黏合发热组件30旋臂
32凹槽40承载座
42勾扣部44限位部
50驱动装置60冷却组件
62散热体64风扇
70反应容器72容置孔
74温度传感器80压克力板
82容置槽84凸柱
90PDMS92容置孔
具体实施例方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下请参阅图1与图2，其为本发明较佳实施例的聚合酶链锁反应装置的俯视图与前视图；如图所示，本发明的聚合酶链锁反应装置包含一基座10、复数个发热组件20、一旋臂 30、一承载座40与一驱动装置50，复数个发热组件20环设于基座10上方，旋臂30旋设于基座10，且旋臂30位于发热组件20的上方，旋臂30设有一凹槽32，承载座40挂设于凹槽32 ；驱动装置50设于基座10下方并与旋臂30相接设，驱动装置50为包含一步进马达、 一伺服马达、一无刷马达(霍尔马达)、一单相交流马达、一三相感应马达、一串激式直流马达、一分激式直流马达或一复激式直流马达。驱动装置50驱动旋臂30旋转至些发热组件 20上方，承载座40抵于发热组件20而于凹槽32内滑动。基座10的材料包含聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylat^PMMA)。聚甲基丙烯酸甲酯，又称做压克力或有机玻璃， 高透明度，低价格，易于机械加工等优点，是平常经常使用的玻璃替代材料。聚甲基丙烯酸甲酯的单体为甲基丙烯酸甲酯。PMMA的相对分子质量大约为200万，是长链高分子化合物，且形成分子链很柔软， 有机玻璃的强度比较高，抗拉伸和抗冲击的能力比普通玻璃高7 18倍，经过加热和拉伸处理过的PMMA，其中分子链段排列得次序，使材料的韧性有显著提高。由于PMMA密度较玻璃低，约玻璃的一半，PMMA重量较轻，只有普通玻璃一半，金属铝43%左右。再加上PMMA的机械强度较高，PMMA的熔点约240°C 250°C，比玻璃约1，000度的高温低很多，PMMA的透光率比玻璃高，因此以PMMA作为基板的基座10，不但整体重量轻，结构强度也较佳。另外，在聚合酶链锁反应的过程中包含了三个步骤，分别是变性(Denaturation)、 黏合(Annealing)、延伸(Elongation)三个步骤。在变性的步骤中，通常在92°C _95°C之间的温度，使双股DNA变性而分开成单股的DNA，以作为往后复制的模板。而在黏合的步骤中，为了使引子(Primer)于一定的温度下，因此必须将温度控制于40°C _52°C之间，使附着于单股的模板DNA上做配对结合。而在延伸的步骤中，以单股的DNA作为模板(Template)， 以引子(Primer)为起点，在DNA的合成酵素(Taq Polymerase)的催化及适当温度的作用下，将四种核甘酸催化聚合成一与Template互补的DNA链。而Taq聚合酶酵素的有效作用温度为72V。每完成三个步骤即称为一次循环(cycle)，则得到一条与模板互补的新链，而此条新链又当作下一次循环的模板，因此，聚合酶链锁反应的循环DNA序列的量是随循环次数的增加呈现指数的增加，以数学公式计算，DNA的量将会是2η，η是代表重复操作的次数。在理想的聚合酵素链锁反应条件下，DNA是以几何级数增加。为了因应不同的温度，恩此本发明的发热组件20包含一变性发热组件22、一延伸发热组件M与一黏合发热组件26，变性发热组件22、延伸发热组件M与黏合发热组件沈皆设于基座10上方，延伸发热组件M与变性发热组件22相邻，而黏合发热组件沈与延伸发热组件M相邻并与变性发热组件22相对。如此当旋臂30将承载座40旋转至变性发热组件22上方反应后，旋臂30旋转至下一个发热组件20，易即使旋臂30旋转至延伸发热组件M上方，待反应后在旋至黏合发热组件沈上方。通过旋臂30以使承载座40位于不同的发热组件20上方，使设于承载座40上的检体进行聚合酶链锁反应。如此使聚合酶链锁反应装置的结构简单，以增加检体进行聚合酶链锁反应的便利性。请一并参阅图3，其为本发明较佳实施例的聚合酶链锁反应装置的右视图；如图所示，本发明的更包含一冷却组件60，冷却组件60可增快检体于进行聚合酶链锁反应时的冷却速度，冷却组件60设于基座10，冷却组件60与延伸发热组件M相对且与变性发热组件22及黏合发热组件沈相邻。而发热组件20下方更设有一散热体62，散热体62位基座 10的下方并与冷却组件60相接触。为了更增加散热体62的散热效率，因此更于散热体62 下方设置一风扇64。如此更可使冷却组件60发挥较佳的致冷效果。请一并参阅图4A与图4B，其为本发明较佳实施例的承载座的作动示意图；如图所示，本发明的承载座40具有复数个勾扣部42，勾扣部42勾设于旋臂30上方，承载座40具有至少一限位部44，限位部44位于勾扣部42的下方，旋臂30位于限位部44与勾扣部42 之间。通过勾扣部42可使承载座40勾挂于旋臂30，并且通过限位部44可使承载座40抵于发热组件20时，承载座40可完全放置于发热组件20上方，并且可避免承载座40受摩擦力的作用而掉出旋臂30。另外，本发明的承载座40为平面的载体，故承载座40与发热组件 20相接触时，承载座40与发热组件20的接触面积较大，可使检体于发热组件20上受热时较为均勻，如此可提升检体进行聚合酶链锁反应的效率。请一并参阅图5，其为本发明较佳实施例的反应容器的结构示意图；如图所示，为了使本发明的检体的聚合酶链锁反应更有效率，因此本发明更包含一反应容器70，反应容器70设于承载座40，本发明的反应容器70是做为储存检体样本的密闭芯片。反应容器70 可作为抛弃式或不可抛弃式两种。而反应容器70设有至少一容置孔72，此实施例是以反应容器70设置一个容置孔72为范例做说明，亦可设置复数个容置孔72以提升使用的便利性。反应容器70的材料可为与生物兼容性高的材料、导热性良好的材料、高分子等。例如将本案的反应容器70的材料使用聚对二甲基硅氧烷(poly-dimethylsiloxane，PDMS)。PDMS 微加工技术，一种已经广被使用，其技术优势包括微组件原型的制作时间最短、材料温度与成本远低于硅晶圆、材质透明、生物兼容性佳、易与多种材质室温接合、以及因为低杨氏模数导致的结构高弹性等优点。而反应容器70的材料可包含铜、紫铜、无氧铜、铬铜、铬错铜、黄铜、青铜、铝、 镁、钼、锌、镍、锡、银、黄金、白金、铁、钢、碳钢、铅、陶瓷、玻璃，或上述任一组合者。或者，反应容器70的材料包含高密度聚乙烯(HighDensity Polyethylene, HDPE)、中 W it ^ Zi (Medium Density Polyethylene, MDPE) > jS W it ^ Zi (Low Density Polyethylene, LDPE)、线性低密度聚乙烯(Linear Low Density Polyethylene, LLDPE)、聚丙烯(Polypropylene, PP)、聚苯乙烯(Polystyrene, PS)、聚甲基丙烯酸甲酯 (Polymethylmethacrylate, PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)，或上述任一组合者。为了更增加本案于使用上的便利性，因此可于反应容器70内设置一温度传感器 74，温度传感器74为一线型、薄型热电偶温度传感器或一红外线温度传感器。通过温度传感器74以量测反应容器70内的检体温度。而温度传感器74亦可依实际需求设置于承载座40上方，以量测承载座40与反应容器70的温度，以精确的控制检体的受热温度。另外，本发明的承载座40的材料亦可与反应容器70的材料相同，皆可为与生物兼容性高的材料、导热性良好的材料、高分子等。请一并参阅图6A至图6D，其为本发明较佳实施例的反应容器制作步骤示意图；如图所示，制作反应容器70时，首先如图6A，以一压克力板80制作出一容置槽82，容置槽82 内有四个圆形的凸柱84，凸柱84的高度小于容置槽82。此实施例的容置槽82以矩形为范例做说明。之后如图6B，将PDMS90灌入容置槽82内，使容置槽82填满PDMS90，并且将PDMS90加热至65°C，待PDMS90固化之后，将PDMS90由压克力板取出，使PDMS90由容置槽 82上剥离，立即作出一个具有四个容置孔92的容器，犹如图6C。之后将PDMS90裁切成四块，并修整如图6D所示。图6D亦即为图5的本发明的反应容器70，而容置孔92亦即为图 5的容置孔72。综上所述，本发明的聚合酶链锁反应装置包含一基座，复数个发热组件环设于基座上方，旋臂位于发热组件的上方，承载座挂设于旋臂，一驱动装置驱动旋臂旋转至发热组件上方，承载座抵于发热组件而于旋臂内滑动。通过旋臂以使承载座位于不同的发热组件上方，并于承载座上设置一检体，以使检体进行聚合酶链锁反应，如此可使聚合酶链锁反应装置的结构简单，以增加检体进行聚合酶链锁反应的便利性，并且可使承载座抵于发热组件，使检体于发热组件上受热时较为均勻，如此可提升检体进行聚合酶链锁反应的效率。综上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种聚合酶链锁反应装置，其特征在于，包含一基座；复数个发热组件，环设于该基座上方；一旋臂，旋设于该基座并位于该些发热组件的上方，该旋臂设有一凹槽；一承载座，挂设于该凹槽；以及一驱动装置，设于该基座下方并与该旋臂相接设，该驱动装置驱动该旋臂旋转至该些发热组件上方，该承载座抵于该些发热组件而于该凹槽内滑动。
2.如权利要求1所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该承载座具有复数个勾扣部，该勾扣部勾设于该旋臂上方。
3.如权利要求2所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该承载座具有至少一限位部，该限位部位于该勾扣部的下方，该旋臂位于该限位部与该勾扣部之间。
4.如权利要求1所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该承载座的材料包含铜、紫铜、无氧铜、铬铜、铬错铜、黄铜、青铜、铝、镁、钼、锌、镍、锡、银、黄金、白金、铁、钢、碳钢、铅、陶瓷、玻璃，或上述任一组合者。
5.如权利要求1所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该承载座的材料包含高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或上述任一组合者。
6.如权利要求1所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该些发热组件包含一变性发热组件，设于该基座；一延伸发热组件，设于该基座并与该变性发热组件相邻；以及一黏合发热组件，设于该基座，该黏合发热组件与该延伸发热组件相邻并与该变性发热组件相对。
7.如权利要求6所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，更包含一冷却组件，该冷却组件设于该基座，该冷却组件与该延伸发热组件相对且与该变性发热组件及该黏合发热组件相邻。
8.如权利要求7所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中更包含一散热体，该散热体设于该冷却组件下方。
9.如权利要求8所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中更包含一风扇，该风扇设于该散热体下方。
10.如权利要求1所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中更包含一反应容器， 该反应容器设于该承载座。
11.如权利要求10所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该反应容器设有至少一容置孔。
12.如权利要求11所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该反应容器内设置一温度传感器。
13.如权利要求12所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该温度传感器为一线型、薄型热电偶温度传感器。
14.如权利要求12所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该温度传感器为一红外线温度传感器。
15.如权利要求10所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该反应容器的材料为聚对二甲基硅氧烷。
16.如权利要求10所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该反应容器的材料包含铜、紫铜、无氧铜、铬铜、铬错铜、黄铜、青铜、铝、镁、钼、锌、镍、锡、银、黄金、白金、铁、 钢、碳钢、铅、陶瓷、玻璃，或上述任一组合者。
17.如权利要求10所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该反应容器的材料包含高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、 聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯，或上述任一组合者。
18.如权利要求1所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该驱动装置为一步进马达。
19.如权利要求1所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该驱动装置为一伺服马达。
20.如权利要求1所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该驱动装置为一无刷马达。
21.如权利要求1所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该驱动装置为一单相交流马达。
22.如权利要求1所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该驱动装置为一三相感应马达。
23.如权利要求1所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该驱动装置为一串激式直流马达。
24.如权利要求1所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该驱动装置为一分激式直流马达。
25.如权利要求1所述的聚合酶链锁反应装置，其特征在于，其中该驱动装置为一复激式直流马达。
全文摘要
本发明涉及一种聚合酶链锁反应装置包含一基座，复数个发热组件环设于基座上方，一旋臂旋设于基座，且旋臂位于发热组件的上方，旋臂设有一凹槽，一承载座挂设于凹槽，驱动装置设于基座下方并与旋臂相接设，驱动装置驱动旋臂旋转至发热组件上方，承载座抵于发热组件而于凹槽内滑动。藉由旋臂以使承载座上的一检体于不同的发热组件上方进行聚合酶链锁反应，如此使聚合酶链锁反应装置的结构简单，并且可使承载座抵于发热组件，使检体于发热组件上受热时较为均匀，如此可提升检体进行聚合酶链锁反应的效率。
文档编号C12M1/00GK102242051SQ20101018030
公开日2011年11月16日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者张政皓, 张耀仁, 邹耀麟 申请人:私立中原大学