利用温度敏感聚合物合成体的核酸扩增盘装置及利用其的
分析方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种利用温度敏感聚合物合成体(polymer composite)的核酸扩增盘装置及利用其的分析方法。更详细地，本发明涉及一种核酸扩增盘装置及利用其的分析方法，所述核酸扩增盘装置包括：核酸扩增盘，其用于扩增核酸杂交分析装置或免疫学检验装置中所需的DNA或RNA，并具有批量配置( )的核酸扩增工序；驱动控制部，其用于控制所述核酸扩增盘。
背景技术
[0002] 至今为止，用于探测
流体内少量核酸的大部分临床诊断分析装置由专家依次实施一连串的工序而完成。所述工序包括：用于
粉碎待测试样细胞的细胞粉碎(cell-lysis)工序；从粉碎的细胞中提取DNA样品或RNA样品的工序；通过逆转录(Reverse Transcription，R-T)从RNA中准备DNA样品的工序；利用聚合酶(polymerase)、对硫磷(dNTP)及引物(primer)等各种酶(enzyme)来对靶DNA(模板(template)或者目标(target)DNA)核酸进行扩增的工序；以及对聚合酶联反应(polymer chain reaction，PCR)的产物(product)进行定量计量的检测(detection)工序等。
[0003] 然而，这种核酸扩增分析仪价钱昂贵，并且由于复杂的实验程序，因此只有精通实验的实验者才能操作，并且只有中央集中实验室和医院才能购买它们进行实验。因此，为了克服这种问题，人们迫切需要一种价格低廉，并且任何人都能够容易操作的全部过程自动化的核酸扩增装置。
[0004] 最近，通过将大量的
生物及化学工序集中设计到光盘(Compact Disc)形态的盘内，从而改善了效率及经济性，这种光盘装置的优选例有美国
专利“Devices and methods for using centripetal acceleration to drive fulid movement on a microfluideics system”(US 6,063,589)；“Methods and devices for removal of organic molecules from biological mixture using an anion exchange material that includes a polyoxyalkylene”(US 2004/0209258 A1)；“Biological sample processing methods and compositions that include surfactants”(US 6,617,136 B2)；“Enhanced sample processing devices，systems and methods”(US 6,734,401 B2)；“Apparatus and method for continuous centrifugal blood cell separation”(US 5,186,844)及“Modified siphons for improving metering precision”(US 6,752,961)。
[0005] 采用这种形态的盘的实验分析装置具有以下优点。通过在盘内集成化各种用于实施生物及化学工序的腔室(chamber)，并利用盘的旋转而产生的离心
力，从而在使用低价且少量的样品和
试剂的情况下，就能够自动准确地实施各种分析。
[0006] 然而，为了核酸扩增，必需对DNA进行加热(heating)，但是由于所述盘的旋转，因此一直认为测定并控制旋转中的盘腔室内的DNA试样的温度是不可能的技术。因此，在以往的基于盘的分析装置中，利用盘周边的温度来间接地计量盘内部的温度，其结果为，存在对于盘内
温度计量的准确度大幅降低的致命性问题。
[0007] 本发明提供一种
利用温度敏感聚合物合成体的核酸扩增盘装置及利用其的分析方法，其将所述核酸扩增中所需的全部工序和温度敏感聚合物合成体一同集成到光盘(Compact Disc)形状的
基板上，从而可以直接计量盘腔室内的DNA试样的温度。
发明内容
[0008] 要解决的技术问题
[0009] 本发明是为了解决前述的
现有技术的问题而提出的。本发明的目的在于，提供一种利用温度敏感聚合物合成体的核酸扩增盘装置及利用其的分析方法，其中，通过将温度敏感聚合物合成体集成到盘腔室内，从而直接测定腔室内DNA试样的温度，并将该温度反馈(feedback)给温度调节装置，以对腔室内的温度进行控制，从而自动实施核酸扩增的全部工序。具体地，为了扩增血液、病毒、生物物质或细菌等包含于待测试样内的DNA或RNA，从准备工序到核酸扩增产物(product)的实时计量，均利用集成有核酸扩增的全部工序的温度敏感聚合物合成体。
[0010] 技术方案
[0011] 本发明中，为了控制DNA加热，利用温度敏感聚合物合成体来测定DNA试样的温度。
[0012] 以下，本发明中的试样是获自
全血、
血浆、血清、
粪便、小便、食物及细菌等待测试样的血清、血浆或从这些待测试样中去除了残渣的液体的统称。
[0013] 以下，本发明中所述核酸扩增盘与“盘”混合使用。
[0014] 根据本发明的利用温度敏感聚合物合成体的核酸扩增盘装置包括：核酸扩增盘及驱动控制部，所述驱动控制部由
马达、温度调节装置以及光学温度
传感器构成。所述马达用于旋转所述核酸扩增盘；所述温度调节装置用于调节所述核酸扩增盘的腔室温度；以及所述光学温度传感器用于测定核酸扩增盘的腔室温度。并且，所述核酸扩增盘包括：待测试样注入口，其用于注入待测试样；离心分离腔室，其用于存储所述待测试样的同时，通过离心分离从全血(whole blood)中分离血浆(或者血清)或从待测试样中去除残渣，从而得到试样；残渣腔室(remnant chamber)，其用于存储所述残渣；洗涤腔室，其用于存储洗涤缓冲液(washing buffer)；准备(Preparation)腔室，其用于粉碎(lysis)所述试样内的细胞，并通过所述洗涤溶液去除残渣，分离精制的核酸(DNA、RNA)，或用于通过逆转录从RNA中准备DNA样品；核酸扩增腔室，其存储有核酸扩增中所需的酶及缓冲溶液，并用于进行核酸扩增(DNA amplification)；以及流道，其连接所述腔室，以提供流体能够流通的通道。
[0015] 根据本发明，所述离心分离腔室优选被亲
水性涂覆。
[0016] 所述离心分离腔室的亲水性涂覆帮助通过所述待测试样注入口的亲水性待测试样的注入顺利进行。通常，待测试样为亲水性。
[0017] 所述核酸扩增盘，其特征为，进一步具有计量(metering)腔室，所述计量腔室将定量的试样供应到准备腔室。
[0018] 所述核酸扩增盘，其特征为，进一步具有试样移动通道，其用于使试样根据亲水性流体的移动而进行移动。
[0019] 所述核酸扩增盘，其特征为，在所述离心分离腔室和试样移动通道之间进一步具有试样阻留通道，所述试样阻留通道用于在离心分离期间使试样原封不动地阻留在离心分离腔室内。
[0020] 由于所述试样移动通道的表面用亲水性处理，因此，在所述盘旋转时，因阻留通道而阻留于所述试样腔室内的试样，在盘停止时，可以通过亲水性流体的移动而移动到试样移动通道。
[0021] 所述核酸扩增腔室优选存储缓冲溶液，所述缓冲溶液包括聚合酶、包括dNTP在内的引物等各种酶。
[0022] 所述准备腔室优选包括粉碎缓冲液(lysis buffer)及
磁珠(magnetic bead)。所述粉碎
缓冲器用于粉碎细胞；所述磁珠通过亲和力(affinity)与从粉碎的细胞中暴露的DNA结合。在这种情况下，所述核酸扩增盘优选进一步具有提取缓冲腔室，所述提取缓冲腔室用于存储再悬浮缓冲液(resuspension buffer)或提取缓冲液(Elution buffer)。
[0023] 利用所述洗涤缓冲液依次对所述磁珠进行洗涤，从准备腔室中去除杂质，最终使所述再悬浮缓冲液乃至提取缓冲液流入到准备腔室中，以实施提取过程，从而获得纯精制的DNA。所述精制的DNA移动到核酸扩增腔室，从而实施核酸扩增工序。所述核酸扩增盘，其特征为，进一步具有DNA移动通道和DNA移动控制
阀门。
[0024] 本发明的另一方面，在准备腔室中，可以将所述磁珠替换为通过亲和力与从细胞中暴露的DNA结合的
硅珠(silica bead)。此时，所述准备腔室在包括硅珠的同时，可以进一步包括磁球(magnetic ball)。
[0025] 在利用洗涤缓冲液洗涤所述硅珠的期间，通过外部永久磁
铁的磁力来摇动(stirring)所述磁球，从而在有效去除准备腔室中的杂质的同时，诱导DNA和硅珠的有效结合，并最终使所述再悬浮缓冲液乃至提取缓冲液流入准备腔室中而实施提取(Elution)过程，从而得到纯精制的DNA。所述精制的DNA移动到核酸扩增腔室，从而实施核酸扩增工序。
[0026] 所述硅珠及磁球的直径大小优选为不能通过所述DNA移动通道。
[0027] 所述核酸扩增腔室优选采用温度敏感聚合物合成体进行
薄膜涂覆。
[0028] 本发明的另一方面，其特征为，核酸扩增腔室存储缓冲溶液，所述缓冲溶液包含dNTP在内的引物等各种酶。所述核酸扩增盘，其特征为，具有用于存储聚合酶而另设的聚合酶腔室。
[0029] 所述驱动控制部，其特征为，包括：转盘(turn table)，用于将所述核酸扩增盘放在其上；马达，其用于旋转所述转盘上的核酸扩增盘；
荧光传感器，其用于定量分析所述核酸扩增产物(product)；温度调节装置，其用于加热或冷却所述核酸扩增盘装置；托盘(tray)，其用于允许核酸扩增盘的输入/输出；至少一个以上的大气温度传感器，其用于计量周围大气温度；以及光学温度传感器，其用于测定所述核酸扩增腔室内部的温度，并且还包括用于包裹所述驱动控制部的
外壳。所述盘的直径优选为120mm、80mm、60mm或32mm的圆形盘，厚度优选为1.2mm～10mm。
[0030] 所述荧光传感器被
光源激发后，
感知从核酸扩增腔室内的荧光物质放射的荧光。
[0031] 所述温度调节装置优选包括发热装置和冷却装置。
[0032] .所述流体移动可以通过由所述盘的旋转而发生
离心力所致的流体移动；根据亲水性通道的亲水性流体移动；或者根据流道的毛细管现象的流体移动来实现。
[0033] 所述盘在注射成型工序过程中，在盘表面上可形成能够使流体流动的流道及能够存储液体的腔室(chamber)。
[0034] 所述外壳，其特征为，进一步具有：显示部，其用于显示所述核酸扩增的进行过程；以及按钮输入部，其用于调节运转开/关乃至核酸扩增时间及循环次数。
[0035] 存储于所述核酸扩增腔室内的液体的温度测定，优选利用光学温度传感器进行测定。
[0036] 对于本发明，所述核酸扩增装置，其特征为，通过加热或冷却所述外壳内部的大气来间接控制所述核酸扩增腔室的温度。
[0037] 本发明的另一方面，其特征为，用温度调节装置直接控制所述核酸扩增腔室。
[0038] 所述温度调节装置，优选使用选自可以进行加热和冷却的珀尔帖元件(peltier device)、
压缩机(compressor)和
散热器(radiator)的组合、加热线圈(heating coil)和换气扇、
超声波加热装置、根据发光灯或激光的光照射加热装置的组合中的一种以上，以直接或间接的方法加热和冷却所述核酸扩增腔室的温度。
[0039] 所述核酸扩增腔室优选为进一步具有黑色薄膜，从而被所述光照射(light illumination)加热装置加热。黑色薄膜吸收热，从而被光照射加热装置加热，从而间接加热核酸扩增腔室内的液体。
[0040] 所述黑色薄膜优选为不会被光照射装置所
熔化的耐热性薄膜乃至具有被黑色油漆涂覆的黑色涂覆面的金属薄膜。
[0041] 所述耐热性薄膜优选为芳纶(aramid)薄膜、聚对苯二
甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate，PET)薄膜或聚酰亚胺薄膜(polyimide film)。
[0042] .本发明的另一方面，核酸扩增腔室优选进一步具有被黑色油漆涂覆的黑色涂覆面，从而被所述光照射加热装置加热。黑色油漆吸收热，并被光照射加热装置加热，从而间接加热核酸扩增腔室内的液体。
[0043] 所述黑色油漆优选为不会被光照射加热装置熔化的耐热性油漆。
[0044] 所述光照射加热装置优选为包括
近红外线灯和高
亮度发光
二极管(LED)的发热灯或
激光束发生装置。
[0045] 所述近红外线灯优选为20瓦至100瓦级别的灯。
[0046] 所述温度调节装置，其特征为，进一步包括可以强制循环空气的循环扇。
[0047] 使用所述加热线圈和换气扇时，在加热线圈上安装循环扇，并加热所述外壳内部的空气，并利用换气扇，引入外部的凉空气，从而进行冷却。
[0048] 所述温度调节装置，其特征为，进一步具备通
风调节板(fan shutter)，从而在加热所述外壳内部的期间处于关闭状态，并且只在冷却期间选择性开放，从而可以转换与外部的断热和换气。
[0049] 本发明的另一方面，所述加热线圈优选安装在所述托盘上。
[0050] 本发明的另一方面，所述核酸扩增腔室内的液体物质的冷却(cooling)优选通过盘的旋转来调节。在盘旋转期间，腔室表面上的热释放速度增加，从而加快冷却。
[0051] 本发明的另一方面，所述核酸扩增腔室优选在所述核酸扩增腔室的入口及出口安装
相变材料门(PCM door)，以对核酸扩增腔室内的液体物质加热时，液体随着温度变高，其
蒸发作用变得活跃，从而防止液体移动到所述核酸扩增腔室的相邻腔室。
[0052] 所述PCM门包括：PCM腔室，其用于存储物质的相(phase)根据温度而变为固体或液体状态的
相变材料(PCM)；毛细管通道，其用于在加热所述PCM腔室时，PCM被熔融，并从PCM腔室流出，从而使其封闭于所述核酸扩增腔室的入口及出口。
[0053] 所述PCM腔室优选为，腔室内部被
黑体涂覆，或者包括向所述相变材料施加光时吸收光而产生热的微细发热颗粒。
[0054] 此时，吸收外部激光束的热，从而使得PCM腔室内的PCM容易被熔融。
[0055] PCM以固体状态存在于所述PCM腔室内，当需要封闭所述核酸扩增腔室的入口及出口的瞬间，用激光加热所述PCM腔室，则所述相变材料将变成液体状态，从而使得用于连接与所述PCM腔室和所述核酸扩增腔室连接的通道的毛细管通道根据毛细管现象而被填满。并且，当液体状态的相变材料填满所述毛细管通道时，则停止激光加热，当相变材料变成固体状态时，所述核酸扩增腔室的入口及出口成为密封状态，以与相邻的腔室隔开。
[0056] 所述光学温度传感器优选包括涂覆于核酸扩增腔室内的温度敏感荧光(temperature sensitive fluorescence)染料、激光束发生装置及光传感器。所述温度敏感
荧光染料，其荧光染料的释放强度(emission intensity)随腔室内的液体温度而变化。因此，利用光传感器测定通过激
光激发(excitation)引起的荧光的释放强度，从而可以知道温度。
[0057] 本发明中，所述温度敏感荧光染料优选使用若丹明B(rhodamine B)、二
萘嵌苯(perylene)、荧光素(fluorescein)、
磷光体(phosphor)及荧光的释放强度随温度变化的染料中的任一种。
[0058] 所述若丹明B，优选为其溶于甲醇中时，在约553nm
波长附近被激发而放射(emission)627nm波长的荧光。
[0059] 所述二萘嵌苯，其特征为，其溶于四氢呋喃(Tetrahydrofuran)中时，在约436nm波长附近被激发而放射447nm波长的荧光。
[0060] 所述罗丹明B和二萘嵌苯具有随温度的增加，其放射的荧光量减少的特征，从而可以通过计量荧光量来计量温度。
[0061] 本发明中温度敏感荧光染料优选为，为了在所述核酸扩增腔室内涂覆所述温度敏感荧光染料，将敏感荧光染料溶解于丙
酮后与光致抗蚀剂(photo-resist)进行混合的温度敏感聚合物合成体。
[0062] 所述光致抗蚀剂优选为SU8。
[0063] 本发明的另一方面，温度敏感荧光染料优选为，为了在所述核酸扩增腔室内涂覆所述温度敏感荧光染料，将温度敏感荧光染料溶解于挥发性极性
溶剂后与聚合物(polymer)进行混合的温度敏感聚合物合成体。
[0064] 所述挥发性极性溶剂优选为丙酮、甲醇或
乙醇。
[0065] 所述聚合物优选使用聚二甲基硅
氧烷(Polydimethylsiloxane)、聚甲基
丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate)、多孔膜及紫外线
固化树脂中的任一种。
[0066] 所述聚合物优选为激发聚合物内部的温度敏感荧光染料分子的光能够有效到达内部的光学透明物质(optically transparent material)。
[0067] 所述多孔膜(薄膜)优选使用聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)膜或硝化
纤维(Nitrocellulose，NC)膜等。
[0068] 所述多孔膜的厚度优选为10μm至0.1mm，并且优选将所述温度敏感荧光染料溶解于极性溶剂后喷洒于所述多孔膜上从而
吸附的多孔膜设置在所述核酸扩增腔室内部。
[0069] 本发明的另一方面，优选将集光板和所述温度敏感聚合物合成体一起安装，所述集光板用于将向所有方向放射的所述温度敏感荧光染料的荧光进行集光而集中于光传感器方向并进行发送。
[0070] 所述集光板优选具有下的任一种结构：通过
硝酸银反应沉积于所述温度敏感聚合物合成体的表面，或者通过溅射(sputtering)工序直接涂覆于所述温度敏感聚合物合成体的表面，或者将反射率高的金属薄膜附着于所述温度敏感聚合物合成体的表面。
[0071] 为了测定所述温度敏感荧光染料的荧光，优选进一步具有光学
过滤器，所述光学过滤器阻断激发到所述光传感器前端的光，并只允许发光的光通过。
[0072] 所述光传感器，其特征为，进一步具有光缆，从而将光缆的一端连接于所述光传感器，并将相反的一端配置在邻近欲测定荧光的
位置上，从而进行测定。
[0073] 本发明的另一方面，所述温度敏感荧光染料可以被变温墨水代替，所述变温墨水是将在特定温度下变色的变色龙墨水(Chameleon Ink)或示温涂料(thermocolor)等的感温变色涂料(temperature sensitive pigment)进行混合而制得的。优选将所述变温墨水涂覆于所述核酸扩增腔室内，或者将涂抹有所述变温墨水的所述多孔膜设置在所述核酸扩增腔室内部。此时，通过温度调节装置加热盘时，其具有在核酸扩增腔室内部的液体的特定温度下，所述变温墨水的
颜色发生改变的特性。此时，将激光(laser)束通过所述变温墨水进行透射，光传感器将在相反侧测定光透过量。根据所述变温墨水的颜色变化，通过光传感器感知的光的强度不同，从而可以测定所述液体物质的温度。
[0074] 对于本发明，其特征为，在所述盘上进一步具有至少一个以上的温度传感器腔室，所述温度传感器腔室用于计量周围大气的温度。
[0075] 所述温度传感器腔室，其特征为，所述温度传感器腔室涂覆有温度敏感聚合物合成体或集成有变温墨水。
[0076] 所述温度传感器腔室优选与所述核酸扩增腔室在同心圆上。
[0077] 本发明中，对于所述温度敏感荧光染料乃至变温墨水的温度计量是通过由激光束发生装置和光传感器构成的光学温度传感器装置来完成的。
[0078] 本发明的另一方面，为了计量周围大气的温度，在外壳内部优选安装至少一个以上的大气温度传感器。
[0079] 优选在所述盘的周围至少配置一个以上的所述温度传感器，从而通过温度传感器的平均测定值乃至加权值平均值来测定外壳内部的温度。
[0080] 所述大气温度传感器可以使用
热电偶(thermocouple)、热敏
电阻(thermistor)、激光温度传感器中的任一种。
[0081] 本发明中，所述光传感器优选使用
光电二极管(photodiode)、
光电二极管阵列(photodiode array)、分光仪(spectrometer)、电荷
耦合器件(charge-coupled device，CCD)、互补金属氧化物
半导体(Complementarymetal-oxide-semiconductor，CMOS)图像传感器、激光功率计(laser power meter)中的任一种。
[0082] 所述光传感器附着有荧光过滤器，从而可以计量从温度敏感荧光染料释放的荧光量。
[0083] 本发明的另一方面，所述光传感器可以并用为用于定量分析被荧
光标记的核酸扩增产物(product)的荧光传感器。
[0084] 对于本发明，其特征为，所述盘具有方位
角基准孔(azimuthal reference hole)或基准标记(marker)，在盘的旋转中，所述方位角基准孔或基准标记向所述光学温度装置提供用于实时测定所述核酸扩增腔室内的温度的方位角信息。所述方位角基准孔及基准标记优选安装在与所述核酸扩增腔室相同的半径上。
[0085] 本发明中所述基准标记优选为
条形码(bar code)。
[0086] 由于设置成透过型的激光束和光传感器所致的光透过率在盘和方位角基准孔中具有不同的值，因此可以根据透过率测定来区别方位角基准孔，从而在旋转期间，可以参照基准孔来实施对于核酸扩增腔室的方位角空间寻址，从而可以只对于核酸扩增腔室的温度计量
信号进行实时区别并进行提取。
[0087] 所述条形码，优选在盘上印刷二进制代码(binary code)的组合，所述二进制代码的组合由光透过部分和非光透过部分的的信息。
[0088] 所述条形码除了用作方位角信息以外，还可以用作盘识别(Identification)信息。
[0089] 所述方位角基准孔及基准标记通过利用激光束和光传感器的光透过率测定，在旋转期间能够实现对于核酸扩增腔室的方位角空间寻址，从而可以只对于核酸扩增腔室的温度计量信号进行实时区别并进行提取。
[0090] 本发明中，所述核酸扩增的特征为，通过反复实施高分子链反应(Polymer Chain Reaction，PCR)热循环(thermo cycle)来实现。
[0091] 本发明的另一方面，其特征为，所述核酸扩增通过恒温扩增(isothermal amplification)来实现。
[0092] 所述PCR是通过反复实施包括变性(denaturation)(～95oC)、
退火(annealing)(～50oC)及拉伸(extension)(～72oC)的三种温度周期反应的热循环来实现，然而，所述恒温扩增在一个特定温度(例如：60oC)下约进行90分钟的扩增。所述PCR需要3种
温度控制，因此使用变温墨水时，需要将在各自的温度下示出不同颜色的3种变温墨水进行混合并将其涂覆于核酸扩增腔室。然而，对于温度敏感荧光染料，只用一种温度敏感荧光染料就能对于三种温度示出不同荧光染料的释放强度(emission intensity)的特性。
[0093] 在恒温扩增的情况下，只要将一种温度的变温墨水涂覆于核酸扩增腔室内即可。在使用温度敏感荧光染料代替变温墨水的情况下，由于根据温度示出不同荧光染料的释放强度特性，因此需要测定相当于恒温扩增的荧光染料的释放强度。
[0094] 所述核酸扩增盘装置的外壳，其特征为，进一步包括用于与外气
隔热的隔热材料。
[0095] 优选地，所述外壳包括包裹其的外部墙面和内部墙面，并且所述两个墙面之间由隔热材料填满。
[0096] 为了实施所述PCR热循环，需要通过变换所述三种温度来进行，但是由于大气温度可变的外壳内部墙面的温度变化速度和外壳内部的大气温度的反应速度差，因此在控制温度时，难以避免过冲(over shoot)及下冲(undershoot)。
[0097] 这种过冲及下冲是由于所述外壳内部墙面的温度变化速度的应答晚于外壳内部大气的温度变化速度的应答所引起的。
[0098] 因此，本发明中，为了加快外壳内部墙面本身的温度反应速度，优选将外壳加热装置埋设于外壳内部墙面和外部墙面之间。
[0099] 在从低温变成高温的过程中，为了提高外壳内部的大气温度，在启动所述温度调节装置的同时，打开(On)外壳加热装置。
[0100] 所述外壳加热装置优选为热线和
正温度系数热敏电阻加热元件(Positive Temperature Coefficient thermistor heating elements，PTC)。
[0101] 并且，所述外壳，其特征为，优选在外壳内部墙面和外部墙面之间进一步具有外壳冷却装置。
[0102] 本发明的另一方面，其特征为，在外壳的内部墙面和外部墙面之间具有至少一个以上的用于加热和冷却外壳的珀尔帖元件。
[0103] 本发明的核酸扩增盘装置及利用其的分析方法适合于生物物质检测、食物中毒菌检测、放射能污染检测、肉类种类及原产地识别检测、转基因食品检测、利用DNA的免疫学检测、基因引起的
疾病检测、大肠杆菌及沙门氏菌等细菌检测、亲子鉴定、肉类种类及原产地识别检测等探知流体内DNA的分析装置。
[0104] 所述DNA优选为选自基因组性(Genomic)、病毒性(Viral)、细菌性(Bacterial)DNA中的任一种。
[0105] 并且，本发明可以与免疫学检测、残留抗生素检测、残留
农药检测、食品过敏检测、污染物质检测结合。
[0106] 所述残留农药，其特征为，检测包含于野生菜或蔬菜、水果中的农药中使用量最多的有机磷系、
氨基甲酸酯类
杀虫剂。
[0107] 对于本发明，所述细菌优选为大肠杆菌、绿脓菌、葡萄球菌、弧菌、沙门氏菌。
[0108] 对于本发明，所述放射能污染检测优选检测根据暴露的放射能所致的基因变化量。
[0109] 对于本发明，所述生物物质为选自DNA、寡核苷酸、RNA、PNA、配体、受体、
抗原、
抗体、
牛奶、尿(Urine)、唾液(saliva)、头发、
农作物及蔬菜样品、肉类样品、鱼类样品、藻类样品、污水(被污染的水)、
家畜样品、食材、食品样品、
口腔细胞、组织样品、精液、
蛋白质(Protein)或活体物质中的一种以上。
[0110] 尿液检测时，所述核酸扩增盘装置可以分析白细胞、血液、蛋白质、亚硝酸盐、pH、比重、
葡萄糖、酮、
抗坏血酸、尿胆素原、胆红素。
[0111] 毛发(头发)检测时，与血液或尿分析相比，具有可以准确测定由包括矿物质在内的身体的营养物质及毒性物质的蓄积引起的历史记录的优点。可以准确知道长期的无机物过多及缺乏，在获取毒性重金属量方面成为标本，并且其为本领域技术人员公知的内容。
[0112] 所述食材为用于烹饪的材料，更详细地，是指用于炖汤的食材、用于面条及面类的食材、用于制作泡菜的食材、用于制作羹或汤的食材以及包含汤水的食材等。
[0113] 所述残渣腔室与所述离心分离腔室相比，位于离所述核酸扩增盘的中心更靠近外侧的位置。
[0114] 对于本发明，其特征为，优选在所述残渣腔室和离心分离腔室之间进一步具有隔离通道。对血进行离心分离，则大致分离成血清和血
块乃至血浆和红细胞。血块的大部分由红细胞占据。因此，对血进行离心分离，则离心分离腔室中将剩下血清，残渣腔室中将剩下红细胞。即使将血液离心分离得再好，只要一旦停止旋转，红细胞会再与血清混合。即，离心分离后，为了只取出血清，需要停止盘的旋转，但是在这种情况下，由于红细胞和血清再次混合，因此难以只取出血请。为了防止这种问题，本发明将隔离(isolation)通道设于残渣腔室和离心分离腔室的中间，以使所述残渣腔室具有强的毛细管特性，并通过毛细管现象及残渣腔室的表面和红细胞间的结合力，从而使红细胞原封不动地残留于残渣腔室中，从而使其不再与血清混合。所述残渣腔室的表面和红细胞间的结合力基于红细胞的强的
粘度(viscosity)，因此即使停止旋转，离心分离而得到的红细胞也不再与血清混合，并原封不动地留在残渣腔室中。
[0115] 所述核酸扩增盘的特征为，可以进一步具有无线射频集成
电路(无线RFIC)。其具有存储及传送对所述核酸扩增产物的解读结果的功能或个人加密功能。
[0116] 所述驱动控制部包括用于检测对核酸扩增产物的实时解读的检测手段，优选为荧光传感器。
[0117] 对于本发明，其特征为，优选在所述盘中进一步具有用于探索所述阀门或所述准备腔室的方位角方向的薄膜圆柱
磁铁。可以使用薄膜强
磁性体金属粒子代替所述薄膜圆柱磁铁。所述薄膜圆柱磁铁及薄膜强磁性体金属粒子的直径优选在1mm至5mm范围内，厚度优选为0.1mm至1mm的范围。
[0118] 对于本发明，其特征为，所述亲水性流道优选通过多孔性表面的表面改质(surface modification)或水性油漆或亲水性油漆涂覆来实现。
[0119] 根据本发明的驱动控制部，其特征为，具有可实现向所述放射方向的移动的滑动器(slider)和用于控制其移动的滑动马达(slide motor)，并且在滑动器(slider)上装载有激光束发生装置及永久磁铁。
[0120] 本发明中，对盘的空间寻址优选通过放射方向探索和方位角方向探索来实现，所述放射方向探索优选通过控制滑动马达来实现，方位角方向探索优选在所述滑动器停止的情况下，通过
主轴马达的短暂的旋转控制乃至步进(step)马达的控制将盘进行定量旋转来实现。在主轴马达的短暂的旋转期间，由于所述永久磁铁和薄膜圆柱磁铁间的引力，因此不再发生盘的旋转并停止，从而在薄膜圆柱磁铁位置能够实现方位角探索。
[0121] 所述步进马达，为了
机体的方位角方向的旋转，优选采用
齿轮将其连接在主轴马达的轴上而运作。
[0122] 本发明的另一方面，其特征为，所述驱动控制部以对所述准备腔室的空间寻址为基准，对应于所述阀门而设置各个激光模块装置而使得一对一对应，从而独立控制各个阀门的开闭。
[0123] 本发明的另一方面，所述驱动控制部优选通过所述步进马达的旋转实现对所述核酸扩增腔室的方位角方向探索之后，通过所述光照射加热装置对核酸扩增腔室进行局部加热。
[0124] 本发明中，其特征为，优选地，所述滑动器在所述磁珠的洗涤过程期间对准备腔室进行空间寻址，并以盘旋转乃至滑动器的短暂的反复移动动作，并通过滑动器上的永久磁铁和所述磁珠间的引力来诱导磁珠的运行，从而提高磁珠的洗涤效率。
[0125] 所述盘可以选自塑料、玻璃、硅
晶圆、疏水性(hydrophobic)材料等的多种材料。然而，由于塑料经济且容易加工，因此优选使用塑料。
[0126] 优选地，所述盘可以由选自硅晶圆、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA：polymethyl methacrylate)、环形烯
烃共聚物(COC：cyclic olefin copolymer)及聚
碳酸酯中的一种以上形成。另外，为了防止存储于腔室内的液体的蒸发，所述盘可以用
铝涂覆。所述盘优选由上部基质、中间基质及下部基质组成，并且其优选通过
粘合剂粘合。
[0127] 所述粘合剂可以由选自硅、
橡胶类、改性硅类、丙稀酸类(acrylic)、聚酯及
环氧树脂的材料制得。
[0128] 所述主体由上部基质、中间基质及下部基质层积粘合而形成，可以进一步包括：第一级双面
胶带，其层积于所述上部基质及中间基质之间来使它们结合；第二级双面胶带，其层积于所述中间基质及下部基质之间来使它们结合。
[0129] 所述双面胶带，可以选择使用在纸、塑料、聚酯薄膜、聚乙烯薄膜及其它合成材质等离型纸的两面被特殊的粘合剂(an adhesive；a gluing agent)
表面处理的、并且根据需要而具有高度密封(sealing)及缓冲、缓解震动、耐冲击性、耐热性、吸附性、粘结力等特性的粘合剂材料。
[0130] 本发明的另一方面，所述两面胶带不使用离型纸或
衬垫(backing)，而通过粘合剂(an adhesive；a gluing agent)自身来形成双面胶带为优选。
[0131] 所述双面胶带优选为将粘合剂涂覆在离型纸的双面上的形态，或者不使用离型纸的粘合剂的形态。粘合剂可以使用热熔胶(hot melt)、硅、橡胶类、改性硅类、丙稀酸类、聚酰胺(ployamide)、聚烯烃(polyolefin)、聚四氟乙烯类、聚酯(polyester)、环氧树脂、紫外线敏感固化粘合剂(UV curable adhesive)、紫外线粘合剂、热塑性树脂等材料。
[0132] 所述热塑性树脂优选为环形烯烃共聚物(COC)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙稀(PS)、聚甲
醛(POM)、全氟烷氧基树脂(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(polyamide)、聚砜(PSU)及聚偏二氟乙烯(PVDF)。
[0133] 所述粘合剂优选被激光束热熔化的粘合剂，粘合所述基质时，通过粘合剂来封闭孔，并通过激光束的热来熔融孔部位的粘合剂，从而开放阀门。
[0134] 所述热熔胶带或热塑性带具有被激光束熔化的性质。
[0135] 对于本发明，其特征为，优选进一步具有带通道，其根据设计成流道形状的双面胶带而形成于基质的层之间。
[0136] 即，其特征为，所述基质1、2、3通过双面胶带相互紧贴而形成一个盘，此时，在基质层之间根据双面胶带缺失的部分来形成带通道。
[0137] 带通道的流道高度由双面胶带的厚度决定，通常，由于其高度非常低，因此形成强的毛细管。对于本发明，所述两面胶带的厚度优选为0.001mm至0.1mm。
[0138] 发明的效果
[0139] 如上所述，本发明涉及一种利用温度敏感聚合物合成体的核酸扩增盘装置及利用其的分析方法。更具体地，本发明为了既轻松又有效地扩增各种诊断分析装置、核酸杂交分析装置或免疫学检验装置中所需的基因组性、病毒性、细菌性DNA或RNA而提供将核酸扩增相关整个工序进行自动化的核酸扩增盘装置及利用其的分析方法。
附图说明
[0140] 图1a为示出本发明一
实施例的核酸扩增盘所需的激光分组器阀门(laser burster valve)的截面图；
[0141] 图1b及图1c为示出配置有由DNA样品进行DNA扩增的核酸扩增工序的核酸扩增盘的实施例的图；
[0142] 图2为示出核酸扩增工序批量配置的核酸扩增盘的实施例的图；
[0143] 图3a为核酸扩增工序批量配置的核酸扩增盘的详图；
[0144] 图3b及图3c为所述光照射加热装置加热核酸扩增腔室的一实施例；
[0145] 图4为对于核酸扩增装置外观的一实施例；
[0146] 图5为根据本发明的设置有永久磁铁的一实施例的滑动器的上部图；以及[0147] 图6为示出用于驱动及控制图2的核酸扩增盘的本发明一实施例的驱动控制部的侧视图。
具体实施方式
[0148] 以下，参照附图对本发明的优选的实施例进行详细的说明。
[0149] 图1a为示出本发明的一实施例的核酸扩增盘所需要的激光分组器阀门的截面图。
[0150] 本发明的安装在核酸扩增盘上的用于控制核酸扩增工序中所需的流体流动或流量的阀门通过将薄膜(film)70设置在孔10b位置，并用激光束的热熔化或撕裂该薄膜(70)，从而优选为开放的激光分组器阀门。该激光分组器阀门在需要的时间点，可以独立控制安装在盘100上的多个孔10b的开闭。本发明的所述薄膜的直径优选为1mm～5mm，厚度优选为0.001mm～0.2mm，并且优选为，将从激光模块装置103放射的光
能量全部吸收，从而在低的激光功率(power)下也能够容易熔化或撕裂的黑色薄膜或者是由塑料或黑色油漆(paint)形成的膜(membrane)。核酸扩增盘100由上部基质1、中间基质2和下部基质3构成，它们分别形成多个在
注塑成型工序期间能够使流体在基质表面上流动的所述流道(channel)及能储藏缓冲溶液的腔室和连接所述流道的孔。它们相互紧贴形成一个盘100。
所述盘100优选包括第一级两面胶带1a及第二级两面胶带2a而紧密附着。所述第一次两面胶带1a层积在所述上部基质1及中间基质2之间，从而使它们结合；所述第二级两面胶带2a层积在所述中间基质2及下部基质3之间，从而使它们结合。
[0151] 图1a示出孔10b被薄膜70封堵，从而流道22a和22c相互隔绝的情况，如果要想打开孔10b而连接所述流道22a和22c，需要打开(On)激光模块装置103，熔化所述薄膜70来开放孔10b。
[0152] 本发明的另一方面，其特征为，所述第一级双面胶带1a起到所述薄膜70的作用。在这种情况下，所述两面胶带1a优选为在黑体离型纸的两面上使用粘合剂进行薄膜涂覆。
[0153] 所述黑体离型纸及薄膜70优选为选自聚乙烯(poly ethylene，PE)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)塑料中的任一种。本实施例中的所述薄膜优选为黑色薄膜。
[0154] 本发明的另一方面，其特征为，用黑色墨水印刷所述第一级双面胶带1a的孔10b部位，从而形成所述黑色薄膜。
[0155] 激光束为平行光，优选将激光束的焦点对焦于所述薄膜70上。因此，在本发明中所述孔10b部位的下部基质3优选呈凸透镜形态。所述凸透镜形态可以使用选自双凸透镜或半球(hemisphere)凸透镜中的任一种。在所述盘注射成型工序期间，可以将所述凸透镜将孔10b部位的下部基质3设计成具有凸透镜形态。
[0156] 因此，本发明的另一方面，优选在所述孔10b部位的上部基质上进一步具有1反射膜(reflector)。
[0157] 本发明的所述上部基质1优选在孔部位上进一步具有反射膜。
[0158] 所述黑体墨水优选为固体
石蜡(paraffin wax)、合成蜡(synthetic wax)及
微晶蜡(microcrystalline wax)。
[0159] 本发明的另一方面，其特征为，所述黑色薄膜通过将吸收激光束的能量而发热的多数的微细发热颗粒采用粘合剂印刷于孔部位10b而形成。
[0160] 通过所述激光束的照射(illumination)而发热的多数微细发热颗粒熔融所述粘合剂。
[0161] 所述微细发热颗粒优选具有选自强磁性物质、磁性流体(Magnetic Fluid)或金属氧化物中的至少一种的颗粒形态。
[0162] 本发明的另一方面，其特征为，所述黑体墨水混合有所述微细发热颗粒。
[0163] 所述磁性流体优选为胶质(Colloid)状态的液体，通过使用作为超微粒子(1nm～100nm)的强磁性体粉末，并利用
脂肪酸等
表面活性剂(Surfactant)，从而使液体本身具有磁性。
[0164] 所述强磁性体优选由选自Fe、Ni、Cr及它们的氧化物中的至少一种成分形成。
[0165] 优选地，所述金属氧化物选自Al2O3、TiO2、Ta2O3、Fe2O3、Fe3O4及HfO2。
[0166] 本发明的另一方面，其特征为，在滑动器上搭载激光束发生装置107，从而对欲开放的阀门进行空间寻址后，通过激光束发生装置(107)发生的热来开放该阀门。
[0167] 图1b及图1c为示出配置有由DNA样品进行DNA扩增的核酸扩增工序的核酸扩增盘的实施例的图。
[0168] 图1b为示出具有一个核酸扩增腔室52a的实施例，相反，图1c示出由两个核酸扩增腔室52a和52b构成的一实施例。
[0169] 附图标记25作为DNA样品腔室，其为通过DNA注入口26来接收欲扩增的DNA样品并进行临时存储的腔室。盘100旋转期间，顺着通道40移动到核酸扩增腔室52a和52b。此时，只有核酸扩增反应中所需容量的定量的DNA样品填满核酸扩增腔室52a和52b后，其它剩余DNA样品将顺着溢流(overflow)通道47移动到垃圾腔室23。然而，在此状态下，为了核酸扩增反应而加热核酸扩增腔室52a和52b，则液状的DNA样品的蒸发会活跃起来，从而DNA样品的一部分将通过通道40和溢流通道47向周围移动，因此，难以得到可靠的核酸扩增结果。为了避免这种现象，本实施例中使用由PCM腔室50a、50b、50c和毛细管通道
53a、53b、53c构成的PCM门。在PCM腔室50a、50b、50c内部存储相变材料54，并在开始加热所述核酸扩增腔室52a和52b之前，用激光束发生装置107的激光束加热所述固体状态的相变材料54而将其制成液体状态，则根据毛细管现象通过毛细管通道53a、53b、53c移动，从而填满通道40和溢流通道47，之后停止加热，使所述相变材料54再变成固体状态，从而封闭所述通道40和溢流通道47。由此，使所述核酸扩增腔室52a和52b与DNA样品腔室
25和垃圾腔室23隔绝，从而可以避免加热所述核酸扩增腔室52a和52b时的核酸扩增腔室
52a和52b内的液体的损失。
[0170] 图1b(a)为所述通道40和溢流通道47封闭之前的状态，图1b(b)示出所述通道40和溢流通道47通过PCM封闭的状态。所述PCM腔室50a、50b、50c的内部面优选被黑体涂覆。
[0171] 图1c(a)示出具有两个核酸扩增腔室52a和52b的核酸扩增盘100的一实施例。对于此实施例，对各个的核酸扩增腔室52a和52b使用不同的引物，从而可实现对单一样品的多种DNA扩增。
[0172] 图1c(b)示出具有两个独立的核酸扩增工序的核酸扩增盘100的一实施例。对于此实施例，对各个的核酸扩增腔室52a和52b使用相同的引物，从而可实现对多种样品的单一种类的DNA扩增。
[0173] 图2示出核酸扩增工序批量配置的核酸扩增盘100的实施例，图3a为其的详图。
[0174] 更具体地，图2和3为核酸扩增盘100的一实施例，所述核酸扩增盘包括：待测试样注入口11，其用于注入分析中所需的待测试样；离心分离腔室(20)，其用于存储所述待测试样的同时，通过离心分离从全血中分离血浆(或者血清)或从待测试样中去除残渣，从而得到试样；残渣腔室33，其用于存储所述残渣；洗涤腔室22，其用于存储洗涤缓冲液；准备腔室24，其用于粉碎所述试样内的细胞，并通过所述洗涤缓冲液去除残渣，分离精制的核酸(DNA、RNA)，或用于通过逆转录从RNA中准备DNA样品；核酸扩增腔室52，其存储有核酸扩增中所需的酶及缓冲溶液，并用于进行核酸扩增；以及流道，其连接所述腔室，以提供流体能够流通的通道。
[0175] 附图标记170示出盘空隙，附图标记45为用于将定量的试样供给到准备腔室24的计量腔室45。
[0176] 附图标记49为在盘的离心分离期间使试样原封不动地阻留在离心分离腔室20内的试样阻留通道，其特征为，其具备在离心分离腔室20和试样移动通道40之间。
[0177] 作为优选的一实施例，将使用抗
凝固剂(anticogent)的全血(whole)用作待测试样，并对其进行离心分离，则会按比重小的顺序分离成血浆、白细胞血小板、红细胞。由于DNA包含在白细胞中，因此与离心分离腔室(20)连接时可以调节高度，使得所述试样阻流通道49先接收白细胞。
[0178] 此时，盘100的旋转停止时，通过亲水性及毛细管流体的移动而使得所述计量腔室45先填满白细胞，并供给到所述准备腔室24。本发明中，所述试样移动通道40及计量通道45优选被亲水性涂覆。
[0179] 移动到所述试样移动通道40的试样将通过盘旋转移动到垃圾腔室23，此时，计量腔室45的试样将移动到准备腔室24。
[0180] 优选地，本发明中试样移动通道40和计量通道45形成"T"字形态，并且在盘旋转时，在计量腔室45中留下定量的试样，并通过第一次离心力，使试样移动通道40内的试样移动到垃圾腔室23。计量腔室45内的试样优选通过对于盘旋转速度要求更高的第二次离心力移动到准备腔室24。因此，第二次离心力与第一次离心力相比，要求更快的盘旋转速度。用于第一次离心力的盘旋转速度优选为200～600rpm，用于第二次离心力的盘旋转速度优选为600rpm～2000rpm。
[0181] 本发明中，优选将用于粉碎细胞的粉碎缓冲液及与暴露的DNA结合的磁珠包含在所述准备腔室24内。在这种情况下，需要进行洗涤，以去除所述细胞粉碎过程中产生的杂质。因此，在所述准备腔室24内内置有钕(neodymium)磁铁60，以使得在洗涤过程中，将磁珠原封不动地留在准备腔室24中，只将杂质移动到垃圾腔室23。在该洗涤过程中，由于磁珠和钕磁铁60间的强的引力，磁珠会原封不动地留在所述准备腔室24中。
[0182] 所述洗涤过程通过将所述洗涤腔室22内的洗涤缓冲液，2～3次反复供给到所述准备腔室24来实施。依次洗涤所述磁珠后，仅使杂质经由检查通道(check channel)46，从而移动到垃圾腔室23。所述洗涤缓冲液在阀门71开放后，从洗涤腔室22通过
泵通道7供给。
[0183] 本发明的特征为，所述泵通道7被亲水性涂覆。通过盘100的旋转和停止的反复动作，根据亲水性及毛细管现象，所述洗涤溶液反复供给到准备腔室24。洗涤溶液的移动在所述盘100的旋转期间，通过泵通道7的泵臂1(7a)被制止，盘100旋转停止时，通过亲水性流体及毛细管现象使泵臂1(7a)和泵臂2(7b)被填满，盘再次旋转时，泵臂2(7b)内的洗涤溶液移动到所述准备腔室24而洗涤磁珠。所述检查通道46被亲水性涂覆，并且为倒"V"字形状，在盘旋转期间使准备腔室24内的杂质停留在所述准备腔室24内，当盘停止时，杂质将通过检查通道46移动到垃圾腔室23。所述检查通道46、泵通道7及试样移动通道40的特征为呈倒"V"字形状。
[0184] 粘在准备腔室24内的磁珠上的DNA的提取，通过将所述提取缓冲腔室21内的再悬浮缓冲液乃至提取缓冲液供给到所述准备腔室24来实现。
[0185] 具体地，所述DNA的提取是通过阀门(70)开放后，利用盘100的旋转来将再悬浮缓冲液乃至提取缓冲液供给到所述准备腔室24之后，经过一定时间后开放DNA移动
控制阀门80而实现。
[0186] 即，依靠提取缓冲液而从磁珠脱离的DNA通过盘旋转而引起的离心力来经过DNA移动通道74，从而移动到核酸扩增腔室52。通过所述离心力而向核酸扩增腔室52进行的DNA移动，优选在DNA移动控制阀门80开放后进行。DNA移动控制阀门80的作用为在准备腔室24内的磁珠被洗涤的期间，阻止向核酸扩增腔室52的所有流体移动。此作用持续到用所述提取缓冲液使DNA从磁珠脱离为止。
[0187] 核酸扩增腔室52内由于没有排气口，因此在DNA移动控制阀门80关闭的情况下，在适当调节的离心力的条件下，不会发生DNA从准备腔室24移动到核酸扩增腔室52的现象。
[0188] 从磁珠提取DNA后，开放DNA移动控制阀门80，之后通过盘旋转使DNA移动到核酸扩增腔室52。
[0189] 此时，磁珠根据钕磁铁60的作用而一直留在准备腔室24内。所述DNA移动通道74优选由带通道形成。在这种情况下，由于在带通道中形成的强的毛细管现象，从而能够防止核酸扩增腔室52内的流体逆流到准备腔室24内。本发明的另一方面，DNA移动通道74，以激光分组器阀门构成来代替带通道。
[0190] 在这种情况下，用激光束开放DNA移动通道74后，通过盘的强的旋转，将准备腔室24内的DNA移动到核酸扩增腔室52。之后开放阀门72，将存储于聚合酶腔室51内的聚合酶移动到核酸扩增腔室52。
[0191] 所述核酸扩增腔室52存储有包括dNTP在内的引物等各种酶的缓冲溶液，从而可以在之后进行用于恒温扩增的加热或PCR热循环来扩增DNA。附图标记90为排气口。
[0192] 附图标记31为用于将离心分离腔室20内的试样从残渣中隔离出来的隔离通道。对于本发明，其特征为，优选所述隔离通道31及DNA移动通道74由带通道构成。
[0193] 优选地，在组装盘时，通过将第一级两面胶带1a和第二级两面胶带2a插入设置在离心分离腔室20和残渣腔室33的中间来形成所述带通道。
[0194] 所述隔离通道31由带通道构成，从而在盘停止期间，能够阻止残渣腔室33内的残渣再次移动到离心分离腔室20内。即，在盘停止期间，由于隔离通道31中形成的强的毛细管，因此残渣腔室33内的残渣不可能自由移动到离心分离腔室20或试样阻留通道49。
[0195] 在所述各个工序(准备工序、核酸扩增工序)的开始时间点和结束时间点下，阀门的开闭控制通过激光模块装置103的激光束的开(on)关(off)控制来实现，由盘旋转力的离心力而引起流体移动。
[0196] 附图标记188为无线射频集成电路，可以存储个人加密信息，使得他人不能随意使用。
[0197] 附图标记91为提供所述基准标记或提供盘的产品ID的条形码。
[0198] 所述条形码优选包括涉及盘的产品ID、有效期、分析及可诊断的疾病的种类等信息。
[0199] 所述条形码可以通过所述激光模块装置103乃至激光束发生装置107解读。
[0200] 对于本发明，用于所述方位角方向探索的薄膜圆柱磁铁优选通过所述钕磁铁60形成。
[0201] 附图标记172为为了计量周围的大气温度而埋设有温度敏感聚合物合成体的温度传感器腔室。通过激光束发生装置和光传感器来测定从聚合物合成体发出的荧光量，从而能够测定大气温度。
[0202] 所述核酸扩增腔室52的下部基质3由温度敏感聚合物合成体涂覆，从而通过光传感器测定从温度敏感聚合物合成体发出的荧光量，从而能够计量核酸扩增腔室52内的液体的温度。
[0203] 图3b为光照射加热装置加热核酸扩增腔室52的一实施例。
[0204] 所述上部基质1和中间基质2之间配置有吸收从光照射加热装置303的热，从而用于加热核酸扩增腔室52的黑色薄膜乃至黑色油漆涂覆面711。
[0205] 附图标记303a为用于将发射自光照射加热装置303光聚集为平行光的
准直器(collimator)。
[0206] 下部基质3的上部面涂覆有用于计量核酸扩增腔室52内的液体物质的温度的温度敏感聚合物合成体712。
[0207] 通过下部基质3的激光束发生装置107的光线激发所述温度敏感聚合物合成体712内的荧光物质，并用光传感器151或荧光传感器152来测定从中发射出来的荧光量，由此对所述光照射加热装置的输出量进行反馈控制。
[0208] 所述光照射加热装置303的输出量优选通过控制供给到光照射加热装置的
电压的大小，或者通过将对热具有阻断能力的掩模图案安装在光照射加热装置303和核酸扩增腔室52之间，并根据掩模图案的开闭(On/Off)间隔的脉冲调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制来实现。
[0209] 图3c为光照射加热装置303加热核酸扩增腔室52的另一实施例。
[0210] 上部基质1和下部基质3之间配置有：黑色薄膜或黑色油漆涂覆面711，其用于吸收光照射加热装置303的热，从而加热核酸扩增腔室52；温度敏感聚合物合成体712；以及集光板710，其用于将从温度敏感聚合物合成体712中产生的荧光向光传感器151或荧光传感器152方向集光。
[0211] 本实施例中，优选地，所述多孔膜上吸收涂覆有所述温度敏感染料的温度敏感聚合物合成体712。
[0212] 本实施例中，所述黑色油漆涂覆面711和集光板710优选采用黑色油漆涂覆金属薄膜乃至铝箔的一面来同时形成。所述金属薄膜乃至铝箔的厚度优选为1μm至100μm。
[0213] 在所述光照射加热装置303中产生的热由所述黑色薄膜或黑色油漆涂覆面711吸收而与填满于核酸扩增腔室52内部的试样
接触并进行传递，从而在加热试样的同时，通过所述集光板710能够实现向所述温度敏感聚合物合成体712进行传递。
[0214] 附图标记92为空气层92，其用于防止所述温度敏感聚合物合成体712)与上部基质1接触而失去
热能而导致的温度测定上的误差。
[0215] 图4为对于核酸扩增装置的外观的一实施例，示出将珀尔帖元件302用作温度调节装置的情况。301为由所述核酸扩增装置的外壳外部墙面300和外壳内部墙面310构成的外壳，311为填满外壳外部墙面300和外壳内部墙面310之间的隔热材料。附图标记333为用于将所述核酸扩增盘100加载于转盘113的托盘。所述外壳外部墙面300具有：显示部320，其用于显示所述核酸扩增的进行过程；按钮输入部321，其用于设定电源开/关按钮322及核酸扩增时间及PCR热循环。
[0216] 珀尔帖元件302，其特征为进一步包括内部循环扇302d、内部散热板302c、外部散热板302b及外部扇302a。
[0217] 所述珀尔帖元件302作为一种
热泵(pump)，通过施加电压来驱动，并且根据施加电压的方向，具有任一面变凉，而另一面变热的性质。本发明中由于PCR热循环由于包括加热和冷却，因此珀尔帖元件的两面不需要都与大气进行活跃的热交换。因此，其特征为，利用外部散热板302b和外部扇302a，使得与外部的大气进行热交换，并且利用内部散热板302c和内部循环扇302d，使得与外壳301内部的大气进行热交换。
[0218] 所述内部循环扇302d，其特征为，加快与内部大气的热交换的同时加快内部大气的循环，有助于在短时间内具有均匀的温度分布。
[0219] 另外，附图标记308为用于测定外壳内部温度的大气温度传感器。
[0220] 附图标记121为传感器
支架，所述传感器支架设置在光传感器151和核酸扩增腔室52内，其上设置有用于测定从荧光物质释放的荧光量的荧光传感器152。
[0221] 附图标记151为光传感器，为了与所述激光束发生装置107形成透过型配置，从而将所述光传感器151设置在所述传感器支架121上。
[0222] 所述激光束发生装置107和光传感器151，其特征为，其相对于光轴按一列配置，从而构成为用于计量涂覆在核酸扩增腔室52内的温度敏感荧光染料的荧光量的光学温度传感器。
[0223] 所述激光束发生装置107和光传感器151，其特征为，其相对于光轴按一列配置，从而构成为用于计量温度传感器腔室172内的温度敏感荧光染料的荧光量的大气温度传感器。
[0224] 所述光源150和荧光传感器152，其特征为，其相对于光轴按一列配置，从而通过荧光分析对核酸扩增腔室52内的核酸扩增产物进行定量分析。
[0225] 本发明的另一方面，所述激光束发生装置107和光传感器151可以
变形，以配制为反射型结构。
[0226] 本发明的另一方面，所述光源(150)和荧光传感器(152)可以变形为以反射型结构配置。
[0227] 滑动器211上装载有激光束发生装置107及永久磁铁5a，利用空间寻址并通过开口部119来进入(access)核酸扩增盘100。
[0228] 所述核酸扩增腔室52通过在上部基质1上进一步具有黑色薄膜或黑色油漆涂覆面，从而可以将所述激光束发生装置107用作加热核酸扩增腔室52内的液体的光照射加热装置。
[0229] 所述黑色薄膜乃至黑色油漆涂覆面吸收激光束发生装置107的热，从而间接加热核酸扩增腔室52内的液体。
[0230] 所述黑色薄膜乃至黑色油漆涂覆面的厚度优选为10μm～100μm。
[0231] 附图标记66为激光孔，以对于所述薄膜圆柱磁铁60的空间寻址作为基准，将各个激光模块装置103与所述阀门一对一对应地埋设在所述外壳内部墙面310和外部墙面300之间，从而用于独立控制各个阀门70、71、72、74、80的开闭，并用于使激光束通过外壳内部壁310。(其中，附图标记70是指“薄膜”，但是由于其为选择性开闭手段，因此是阀门的一种，附图标记74是指DNA移动通道，但是同样是选择性开闭手段，因此也是阀门的一种，从而与附图比较71、72及80一起被称作阀门。)
[0232] 另外，在所述外壳外部墙面300和内部壁面310之间埋设驱动控制部，所述驱动控制部包含：滑动马达109；步进马达102；其用于旋转核酸扩增盘100；激光模块装置103，以及中央控制装置101，其用于控制上述各部分。
[0233] 并且，所述核酸扩增装置，其特征为，具有允许与互联网的接触乃至与电脑的链接的外部输入输出装置111，允许利用现有互联网来对核酸扩增装置的核酸扩增结果数据进行收发及远程控制。并且，所述核酸扩增装置，其特征为，以通过所述外部输入输出装置111与电脑连接，允许电脑上的图形
用户界面(Graphic User Interface)的接近(access)。对于根据所述主要工序(准备工序、核酸扩增工序)的
进程，可以用百分比(％)或柱状图(bar graph)的形式显示在所述显示部320乃至
图形用户界面上。
[0234] 另外，可以将对于核酸扩增的实时荧光分析结果显示在所述显示部320乃至图形用户界面上。
[0235] 虽然图4的核酸扩增盘装置的实施例示出了核酸扩增盘100的前加载(front loading)方式，但是可以将其变形为顶加载(top loading)方式。
[0236] 图5为根据本发明的设置有永久磁铁5a的一实施例的滑动器211的上部图。所述滑动器211的移动通过连接于滑动马达109轴上的蜗(worm)齿轮连接部109a和109b所控制。
[0237] 所述滑动器将滑动臂108a和108b用作向导(guide)，从而以
滑行的方式移动。所述滑动臂108a和108b通过螺丝110a、110b、110c、110d连接在驱动控制部的机体上。附图标记116b为软
电缆(flexible cable)，其将通过晶圆或
线束116a连接。附图标记113为通过所述步进马达旋转的转盘。
[0238] 本发明的另一方面，其特征为，用选自下述装置中的任一种来使所述激光束发生装置107运行：热源装置，其用于开放阀门；光照射加热装置，其用于加热核酸扩增腔室内的液体；光源，其用于激发用于定量分析核酸扩增腔室内的核酸扩增产物的荧光物质。
[0239] 本发明的另一方面，其特征为，所述滑动器211进一步具有以下装置中的任一种装置：光传感器，其用于根据光量来掌握阀门的开放与否；温度传感器，其用于通过荧光量计量，对核酸扩增腔室52内的液体温度进行计量；荧光传感器，其用于通过荧光量计量，定量分析核酸扩增腔室52内的核酸扩增产物。
[0240] 图6为示出用于驱动及控制图2的核酸扩增盘100的本发明一实施例的驱动控制部的侧视图。附图标记350为
支撑所述驱动控制部的机体。在驱动控制部的底面，
电路板140连接于所述驱动控制部的机体350上，在所述电路板140上设计有：中央控制装置101、其用于控制驱动控制部；存储装置112：及输入输出装置111。所述中央控制装置101为了所述盘100的旋转或停止，不仅控制步进马达102，还利用滑动马达109的控制来对设置在滑动器211上的激光束发生装置107的移动进行控制，不仅如此，还为了对盘100的准备腔室24及阀门的空间寻址，移动永久磁铁5a的位置。所述永久磁铁5a能够对所述薄膜圆柱磁铁60有效地发挥引力。
[0241] 并且，所述中央控制装置101控制所述滑动马达109、步进马达102、温度调节装置302、外壳加热装置307、显示部320、按钮输入部321，并且处理从所述大气温度传感器308和光传感器151及荧光传感器152中接收的信息。
[0242] 所述温度调节装置优选选自珀尔帖元件、压缩机和
散热器的组合、加热线圈和换气扇、
超声波加热装置、根据发光灯的加热装置乃至光照射加热装置的组合中的一种以上，更优选为珀尔帖元件和光照射加热装置的组合。
[0243] 大气温度过高或过低时，为了得到想要的温度而优选将珀尔帖元件和光照射加热装置相互组合运行。
[0244] 对于本发明，其特征为，优选在转盘113上装载盘时，通过盘上的无线射频集成电路188，向所述中央控制装置101将盘的固有ID进行无线传送，从而使中央控制装置101知道核酸扩增盘100被装载。
[0245] 对于本发明，优选地，对于所述核酸扩增腔室52的核酸扩增产物的解读是通过将配置设计在所述电路板140上的荧光传感器152所解读的信息发送到中央控制装置101或存储装置112或输入输出装置111来实现。附图标记104为装载在所述盘空隙170上的盘100的压缩手段，其通过与转盘113的磁力引力而被压缩，优选设计为允许垂直移动和空旋转。附图标记108为通过
电子诱导来向所述射频集成电路188供应电源的RF电源供应装置。
[0246] 附图标记150为用于激发核酸扩增腔室52内的荧光物质的光源，优选为
发光二极管(LED)。
[0247] 本发明的另一方面，所述LED150可以用于激发核酸扩增腔室52内的荧光物质或温度敏感荧光染料。
[0248] 附图标记66为激光孔。将各个激光模块装置103以一对一对应于所述阀门的方式埋设在所述外壳300和310内，用于独立控制各个阀门70、71、72、74、80的开闭，并用于使激光束通过外壳内部壁310。
[0249] 参照图2和6，作为待测试样使用全血时，对于所述核酸扩增盘100的主要工序的一实施例如下。
[0250] <准备工序〉
[0251] 所述准备腔室24为用于从全血样品中提取出DNA的腔室，其准备工序的一实施例如下。
[0252] 1)将10μl(EDTA、ACD管)的血液或5μl(肝素管)的血液通过设置在所述离心分离腔室20的待测试样注入口11注入。
[0253] 2)将盘100高速旋转并分离成血浆、白细胞血小板、红细胞。此时，大部分的血小板、红细胞聚集于残渣腔室33，并且试样被阻留在离心分离腔室20内。
[0254] 3)当停止盘100后，根据亲水性及毛细管现象，离心分离腔室内的试样将移动并填满计量腔室45，并且填满试样移动通道40的一部分。
[0255] 4)根据对应于第一次离心力的盘的旋转，试样移动通道40内的试样移动到垃圾腔室23，之后根据对应于第二次离心力的盘的旋转，计量腔室45内的试样移动到准备腔室24。
[0256] 5)准备腔室24中存在有用于打破细胞而提取DNA的细胞粉碎缓冲溶液和与提取的DNA具有亲和力的磁珠。在准备腔室24中的孵育5分钟后，DNA从细胞中提取出来，从而沉积于与DNA有亲和力的所述磁珠上。所述磁珠由钕磁铁60安置。
[0257] 6)开放阀门71并使盘100旋转之后停止，则洗涤腔室22的洗涤缓冲液将填满泵通道7。
[0258] 7)之后，再次旋转盘100，则洗涤缓冲液将流入准备腔室24内。
[0259] 在盘100的旋转中，如果将所述滑动器211移动到钕磁铁60附近，根据滑动器上的永久磁铁5a，磁珠每当遇到永久磁铁时，会发生摇动，从而有效地实现洗涤。
[0260] 8)当停止盘的旋转，则破坏细胞时产生的杂质将通过检查通道46移动到垃圾腔室23。此时，洗涤腔室22内的洗涤溶液将再次填满所述泵通道7。之后反复所述7)和8)过程2～3次，从而实施磁珠的洗涤。
[0261] 9)之后，开放阀门70，将提取腔室21内的提取缓冲液乃至再悬浮缓冲液通过盘旋转，从而移动到准备腔室24。由此使得贴附在所述磁珠上的DNA脱离。
[0262]
[0263] 所述核酸扩增腔室52为用于扩增DNA的腔室，其一实施例如下。
[0264] 1)将盘100逐渐旋转，并打开阀门80、阀门74及阀门72，使通过所述准备工序从准备腔室24内的磁珠脱离的DNA和存储于聚合酶腔室51的聚合酶移动到所述核酸扩增腔室52。
[0265] 2)DNA向所述核酸扩增腔室52的移动完成后，停止盘100的旋转。
[0266] 3)之后通过所述温度调节装置302来加热核酸扩增盘100。
[0267] 利用所述荧光传感器152或光传感器151，通过计量示温墨水或温度敏感荧光染料的变化，对核酸扩增腔室52内的液体温度进行计量。通过PCR热循环来扩增时，反复实施约10～30次，从而扩增DNA。恒温扩增时，优选按一定温度扩增1～2小时。
[0268] 4)之后，对于所述核酸扩增腔室52的核酸扩增产物，通过荧光传感器152实时进行定量分析，并将其结果存储于射频集成电路188中。
[0269] 当核酸扩增盘100安置于托盘333，盘自动安装(loading)于转盘113后，将开始核酸扩增的各项工序。
[0270] 然而，在待测试样注入口11中没有注入待测试样，而盘安装于转盘上时，会再次进行托盘提取(eject)，或者向使用者发出警告信息。所述待测试样的注入与否，可以通过使用所述光源150或激光束和光传感器151测定离心分离腔室20的透过率来知道。待测试样被注入时与没有注入时相比，由于透过率降低，因此可以知道待测试样的注入与否。如果，在利用核酸扩增盘的核酸扩增进行中，使用者要求中断时，核酸扩增装置无视它并继续进行工作。此时，将警告信息(warning message)传达给使用者或要求密码。密码正确时接受使用者的停止要求。
[0271] 另外，所述射频集成电路188中存储有之前使用过的对于盘识别的信息及有效期信息、欲探知的DNA信息乃至欲诊断的疾病信息。即，在所述射频集成电路188中记录使用履历history，之后再装载(loading)时，向使用者告知可使用与否。并且，对于过期的核酸扩增盘，也向使用者告知不可使用。
[0272] 本发明通过具体例和实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于此。另外，本领域技术人员应当知道可以在上述说明的
基础上，进一步实施多种变形及变化。而这些变形及变化均包括在本发明的
权利要求保护范围内。
