具有储存槽的多工试片装置的制作方法

本发明涉及一种多工试片装置，以应用于分子生物检测，尤其涉及一种用于聚合酶链锁反应(pcr)、具有储存槽以存放废液的多工试片装置。

背景技术：

在分子生物检测领域中，经常需要针对一个样品进行多种项目标的之检验。例如，通过聚合酶链锁反应检测，来检验一个样品中数种单核苷酸多态性(snp)的基因型，或是检验一个样品中数个基因表现程度。此时，就会需要由几个dna或rna检验(assay)组成一个检验套组(panel)。pcr检验中每组检验试剂中至少包括两个特定的dna引子分子(某些pcr检验中还额外包括目标特定的报导探针(reporterprobes))，这对引子(引子对)必须正确地与从要进行测试样品(样品)中所萃取的dna模板混合，方能检验出样品中特定dna目标是否存在或存在的量是多少。

传统上，引子对和样品置放于相同的反应容器以进行pcr。一般的置放方式通常是通过吸量管将单瓶储存的引子对、酶和dntp混合物和缓冲液试剂以及样品一一以手动方式以吸量管移液到反应容器中。最常见的承载容器是96孔盘。利用前述置放方式，pcr检测至少需要两回合(两回)的吸量管移液操作，其中一回添加样品到反应容器中，而另一回添加引子对到反应容器中。例如，假设利用一个检验套组来检查在一个样品中的36个目标，则需要至少36回移液操作以添加各自引子对到36个不同的反应容器中，另外，需要36回移液操作以添加样品至上述各反应容器。此种操作方式不仅复杂容易出错，而且须耗用大量的人力。

若在个别反应容器预先填充引子对，则实验操作者只需要添加样品到已经预先填充好的容器内。以前述例子而言，测试一个样品的36个目标，将只需要36回移液操作添加样品至预先填充好的36个反应容器中。此外，可同时降低反应容器体积至约纳升(nano-liter)的范围内，以节省检测试剂使用量。在此改良下，常见作为承载容器的96孔盘，其样式将改为类似试片的微滴定板。

然而，微滴定板的反应容器(也称为微井或纳米井孔)的尺寸和体积太小，难以手动填充所用的引子对或样品并同时避免造成相邻反应容器之间的交叉污染(即引子对从一井散逸至其他井)，因此，需要特殊的微流体配剂分装技术。更详细而言，预先提供引子对至各纳米井并且固定引子于该纳米井的表面。之后，使用者即可以单一移液操作或通过单一微流体通道来添加样品到各反应容器中，而无须担心引子从一井散逸到其他井，使井与井之间的交叉污染降至最低。

后续进行样品检测时，每个反应容器中必须填充预定量的样品。传统的方法是，用移液吸管或针状分注器将样品逐个添加到反应井中。然而，随着反应容器体积变小，井间的距离越接近，设计特殊的机械机构的分注器或路径，个别传送至每个反应容器是复杂且耗时的。若通过特殊的试片装置设计来达到单一移液操作或通过单一微流体通道来添加样品到各反应容器中，将可以大大简化聚合酶链锁反应配制检测试剂所需的人为操作，并增加填充样品的便利性。

技术实现要素：

本发明提供了一种具有储存槽的多工试片装置，适用于分子生物检测；特别是，用于聚合酶链锁反应；且更具体地，应用于即时聚合酶链锁反应。通过本发明的多工试片装置，样品可以迅速且均匀地载入试片的每一反应容器中，以单一回移液操作在很短的时间内便能填充所有的反应容器，且多余废液可流至储存槽存放，储存槽还具有定位防呆功能。

本发明提供一种多工试片装置，包括试片、牺牲层以及壳体。试片具有多个反应容器、第一注入孔与第一排出孔，反应容器布置为阵列，每一反应容器具开口部和底部。牺牲层具有微流道，微流道具有相互连通的注入流道、主要流道及末端流道，且牺牲层适于与试片组装，主要流道面对开口部而组装。壳体用以容置试片及牺牲层，由上盖及底盘组成，上盖适于与底盘组装，上盖具有第二注入孔、第二排出孔及储存槽。依序从第二注入孔及第一注入孔注入样品溶液及油至注入流道，利用油推动样品溶液，以使样品溶液及油从注入流道流过主要流道至末端流道。样品溶液在流过主要流道时，载入每一反应容器中。油在流过主要流道时，排除未装载于反应容器中的所述样品溶液。多余废液从末端流道流过第一排出孔及第二排出孔进入储存槽中，被油覆盖住而无法回流。

在本发明的一实施例中，多工试片装置还包括面板构件，适于与上盖组装并覆盖储存槽，具有标示标签或不同外观颜色以辨识不同的检测样品、标的或功能。

在本发明的一实施例中，多工试片装置还包括封盖构件，适于与上盖及面板构件组装，依序从第二注入孔及第一注入孔注入样品溶液及油后，利用封盖构件盖住第二注入孔，以避免样品溶液及油溅出并防止生化反应污染。

在本发明的一实施例中，壳体的材料包括导热材料。

在本发明的一实施例中，底盘具有用以容置试片及牺牲层的凹槽。

在本发明的一实施例中，试片的材料包括透光性材料。

在本发明的一实施例中，透光性材料包括聚碳酸酯。

在本发明的一实施例中，牺牲层的材料包括蜡。

在本发明的一实施例中，油包括矿物油或硅油。

在本发明的一实施例中，在聚合酶链锁反应的实验过程中，加热以使牺牲层熔化，熔化后的牺牲层与油混合。

基于上述，本发明提供了一种具有储存槽的多工试片装置，使样品在流过牺牲层的主要流道时，迅速且均匀地载入试片的每一反应容器中，再通过油排除未装载于反应容器中的样品溶液。如此一来，以单一回移液操作在很短的时间内便能填充所有的反应容器，因此，能够简化实验操作并节省时间。此外，多余废液还可从末端流道流过第一排出孔及第二排出孔进入储存槽中，被油覆盖住而无法回流，因此，不需要额外步骤移除废液，在操作上更为方便省时，且储存槽还具有定位防呆功能。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明实施例的多工试片装置的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的试片的结构示意图。

图3是根据本发明实施例的试片的反应容器的剖面示意图。

图4是根据本发明实施例的多工试片装置应用于样品溶液装载的示意图。

图5a至图5c是根据本发明多工试片装置的操作方法的示意图。

图6a至图6c是根据本发明多工试片装置的储存槽的局部操作示意图。

【符号说明】

10：试片

12、42：注入孔

14、44：排出孔

20：牺牲层

22：注入流道

24：主要流道

26：末端流道

28：微流道

30：壳体

40：上盖

46：储存槽

50：底盘

60：面板构件

62：封盖构件

70a、70b：样品溶液

80：油

100：检测区域

102、160a、160b、160c、160d、160e、160f：反应容器

102a：开口部

102b：底部

具体实施方式

本发明提供一种多工试片装置，可以广泛地应用于不同类型的反应检验。下文中，先针对说明书内文所使用的名词加以定义说明。

“试剂”可指用于一个特定测试/检验的数种成分的配方或制剂。例如，在采用聚合酶链锁反应的试验中，检测试剂包括一对引子、酶、dntps、荧光报导物与盐类等。在应用程序中，不同的引子对和荧光报导物可能先被添加到反应容器中，再其次是样品与酶、dntp和其它添加剂混合再加到反应容器中。

“样品”是指被测试的核酸样品。例如，样品可以是从血液、组织、唾液等来源中提取的核酸片段(包括dna或rna等)。

“分析”或“试验”可指对同一样品进行的一或多个实验或测试项目。例如，使用pcr来针对核酸样品检测300单核苷酸多态性(300snp)基因型，该检测包括数种pcr检测项目，通过检查每个单核苷酸多态性(snp)的每个基因型(a、t、c、g)。例如，使用即时荧光定量pcr确定一个特定序列的核酸量。

“样品溶液”指的是上述“样品”与混合试剂(mastermix)的混合物或混合溶液。

“反应容器”可指管盘的各个管、各反应管、微滴定板的孔或井，或测试试片或阵列板的凹坑/孔。如本文所述，“试片”、“试片板”、“检测阵列板”或“检测板”均可指容纳前述反应容器的同一基底或基板。

当在容器中的液体体积减小到一定程度时，在容器中的液体流动主要是由表面的附着力而非重力所控制。如果容器中的液体体积只有几纳升，该液体具有较高的表面粘附性会粘着到容器(纳井)上，也就是说，此时液体可以被视为粘接剂般稳定附着至容器底部或容器壁上。

较佳的，反应容器可以是试验试片或检测阵列板的单个反应孔或井。正如前面所讨论的，优选是使用更小的体积的反应容器，其尺寸例如从几纳升到几百纳升不等。

图1是根据本发明实施例的多工试片装置的结构示意图。

请参照图1，多工试片装置包括试片10、牺牲层20、壳体30、面板构件60及封盖构件62，其中壳体30可用以容置试片10及牺牲层20。在下文中，将先参照图2及图3，针对试片10的结构进行详细说明。

图2是根据本发明实施例的试片的结构示意图。

请参照图2，试片10具有检测区域100，且检测区域100的面积例如是22.5mm×22.5mm。检测区域100中包含多个反应容器102，且反应容器102布置为n×n阵列。此外，试片10还具有注入孔12与排出孔14。在本实施例中，试片10的尺寸例如是36mm×36mm×0.8mm。更详细而言，试片10的材料可包括透光性材料，且透光性材料例如是聚碳酸酯(pc)，但本发明并不以此为限。

请再参照图2，从试片10的剖视图(图2的右侧部分)来看，每一反应容器102具有较宽的开口部102a和较窄的底部102b。在本实施例中，每个反应容器102的深度例如是200μm(d1)，其开口部102a的尺寸例如是410μm(l1)×410μm(w1)，底部102b的尺寸例如是220μm(l2)×220μm(w2)。反应容器102之间的间距(p1)范围例如是27μm至45μm。反应容器102的倾斜侧壁的角度θ例如是90度至180度，优选在110度至160度之间，更优选在120度至140度之间。每一反应容器102可以容纳例如21.65nl的样品溶液。

图3是根据本发明实施例的试片的反应容器的剖面示意图。

请参照图3，试片10的反应容器可以设计成具有不同的形状或配置方式。举例而言，反应容器160a及160b是在试片10内形成的凹槽但没有贯通试片10。反应容器160b、160d及160f具有倾斜侧壁。反应容器160c、160d、160e及160f贯穿试片10而在试片10的顶面和底面上有两个开口端。由于毛细作用，样品液体能稳滞于反应容器160c、160d、160e及160f中。反应容器160d穿透试片10且在试片10的顶面和底面上具有两个开口端，并有倾斜的侧壁连接的两个开口端。

然而，图2及图3中所示的结构图仅用于例示说明本实施例，本发明反应容器的形状、大小或数量并不以此为限，且反应容器的横截面形状也可以是例如圆形，方形或多边形。

一般情况下，引子是溶于水性溶剂或溶液，本发明的试片可设计为反应容器的内壁和底表面是亲水性的，而各反应容器之间是疏水性的。试剂或探针将只附着至亲水性区域，也就是说，只附着到反应容器的内壁和底部表面。每个反应容器的尺寸可以是小于1毫米(mm)。以此尺寸大小规模，少量的样品液体可以在10秒内溢流填充大量的反应容器，显著提高了样品装载效率。

请回到图1，牺牲层20具有微流道28，且微流道28具有相互连通的注入流道22、主要流道24及末端流道26。在本实施例中，牺牲层20的材料可包括蜡，因此，在聚合酶链锁反应中加热至约60℃时可熔化。然而，本发明并不以此为限，也可使用任何可熔温度范围在高于室温至60℃的材料，且较佳使用可熔温度为约60℃的材料。更详细而言，牺牲层20的尺寸例如是38mm×38mm×0.6mm，微流道28的深度例如是0.2mm，主要流道24的尺寸例如是33mm×33mm。请同时参照图1及图2，牺牲层20适于与试片10组装，其中主要流道24面对试片10中反应容器102的开口部102a而组装。

请参照图1，壳体30可由上盖40及底盘50组成，其中上盖40适于与底盘50组装，底盘50可具有用以容置试片10及牺牲层20的凹槽。更详细而言，上盖40的尺寸例如是50mm×50mm×8mm，底盘50的尺寸例如是42mm×42mm×4.4mm。上盖40具有注入孔42、排出孔44及储存槽46，储存槽46具有储存废液以及定位防呆功能，由于储存槽46具有外凸结构，因此，能够使本发明的多工试片装置在上机时不会上下颠倒放置，进而达成定位防呆的作用。

在本实施例中，上盖40与底盘50例如是通过卡榫彼此结合，此结合方式具有足够下压力，以达成较好的封闭效果，进而避免液体渗出，但本发明并不以此为限，也可使用粘胶或其他固定方式使上盖40与底盘50彼此结合。壳体30在聚合酶链锁反应中具有导热的作用，其材料可包括导热材料，导热材料例如是铝或铜等金属、石墨或晶片，但本发明并不以此为限。此外，壳体30还具有使试片10及牺牲层20与外界隔绝，以避免反应受到影响的作用。

请参照图1，面板构件60适于与上盖40组装并覆盖储存槽46，且面板构件60可具有标示标签或不同外观颜色以作为辨识不同的检测样品、标的或功能。更详细而言，当本发明的多工试片装置应用于设置有标示标签读取装置的仪器(例如：热循环仪)时，标签读取装置可以读取面板构件60上的标示标签，进而辨识不同的检测样品，其中标示标签例如是手写标记、条码或其他标记，但本发明并不以此为限，也可依需求及所搭配使用的标签读取装置选择适用的标示标签。另一方面，面板构件60也可依据不同的操作需求进行外观颜色设计以辨识不同检测标的或功能，例如不同检测标的(mirna或mrna检测)试片的辨识、或是上机时含待测样品和未含待测样品的空白试片装置的区分。

请参照图1，封盖构件62适于与上盖40及面板构件60组装。在操作过程中，可先将封盖构件62打开，依序从注入孔42及注入孔12注入样品溶液及油后，再将封盖构件62关闭，可利用封盖构件62盖住注入孔42，以避免样品溶液及油溅出并防止生化反应污染。

图4是根据本发明实施例的多工试片装置应用于样品溶液装载的示意图。图5a至图5c是根据本发明多工试片装置的操作方法的示意图。图6a至图6c是根据本发明多工试片装置的储存槽的局部操作示意图。接着，在下文中，将同时参照图1、图4、图5a至图5c及图6a至图6c对本发明实施例的多工试片装置的结构及其于样品溶液装载的操作应用进行说明。

请同时参照图1及图4，可先将封盖构件62打开，通过移液操作(pipetting)或其他适用的液体分装器，依序从上盖40的注入孔42及试片10的注入孔12注入样品溶液及油至注入流道22，利用油推动样品溶液，以使样品溶液及油从注入流道22流过主要流道24至末端流道26。更详细而言，样品溶液的添加总量例如是60μl，油例如是矿物油或硅油。

请同时参照图1、图4及图5a，样品溶液70a及70b在流过主要流道24时，载入试片10的每一反应容器102中(样品溶液的流动方向如图4中的虚线箭头所示)。请同时参照图1、图4、图5b及图5c，油在流过主要流道24时，排除未装载于反应容器102中的样品溶液70b(油的流动方向如图4中的虚线箭头所示)。请同时参照图1、图4及图6a至图6c，未装载于反应容器102中的样品溶液70b等多余废液从末端流道26流过排出孔14及排出孔44进入储存槽46中，被油80覆盖住而无法回流。

在图1中，上盖40的注入孔42及排出孔44以及试片10的注入孔12与排出孔14分别以对角线形式配置，但本发明并不以此为限。注入孔12与排出孔14的配置方式也可依牺牲层20的注入流道22及末端流道26的配置方式而加以调整，只要能够使样品溶液在流动过程中充分延展即可。此外，上盖40的注入孔42及排出孔44的配置方式是依据试片10的注入孔12与排出孔14的配置方式而定，因此，也可依牺牲层20的注入流道22及末端流道26的配置方式而加以调整。

在聚合酶链锁反应的实验过程中，加热以使牺牲层熔化，熔化后的牺牲层与油混合，其中牺牲层经加热以熔化的温度例如是约60℃。必须说明的是，本发明的试片与牺牲层之间间隔至少约100μm(例如是100μm至400μm)的距离，而牺牲层具有一定厚度(例如是200μm至500μm的厚度)。因此，当熔化后的牺牲层与油混合时，能够使试片与底板之间具有约600μm的距离，以使反应顺利进行。由于不需添加过量样品，即可使试片与底板之间维持特定距离，因此，具有节省样品添加量的作用。

综上所述，本发明提供了一种适用于分子生物检测的多工试片装置，使样品溶液在流过牺牲层的主要流道时，迅速且均匀地载入试片的每一反应容器中，再通过油排除未装载于反应容器中的样品溶液。如此一来，以单一回移液操作在很短的时间内便能填充所有的反应容器，因此，能够简化实验操作并节省时间。此外，由于不需添加过量样品，即可使试片与底板之间维持特定距离，因此，本发明还具有节省样品添加量的作用。另一方面，多余废液还可从末端流道排出孔进入储存槽中，被油覆盖住而无法回流，因此，不需要额外步骤移除废液，在操作上更为方便省时，且储存槽还具有定位防呆功能。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。