PCR模块、具有其的PCR系统和使用其的检测方法
阅读：836发布：2023-01-24
专利汇可以提供PCR模块、具有其的PCR系统和使用其的检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且聚合酶链式反应(PCR)模 块 与读取器系统可拆卸地组合。所述读取器系统包括中央处理单元(CPU)，所述CPU接收光感测 信号 以实时计算基因扩增量，并且基于 温度 信号和 温度控制 信息生成温度 控制信号 。所述PCR模块包括光 传感器 组件、隔离壁以及 接口 模块。所述光传感器组件包括温度传感器和多个光传感器。光传感器布置成阵列形式以感测从样本生成的发射光，从而生成光感测信号。隔离壁从光传感器组件突出以界定其中容纳样本的反应空间。接口模块电连接到光传感器组件以把光感测信号和温度 信号传输 到读取器系统。，下面是PCR模块、具有其的PCR系统和使用其的检测方法专利的具体信息内容。
1.一种聚合酶链式反应PCR模块，所述PCR模块与读取器系统可拆卸地组合，所述读取器系统包括中央处理单元CPU、存储器、以及接口，所述CPU接收光感测信号以实时计算基因扩增量，并且基于温度信号和温度控制信息生成温度控制信号，所述存储器连接到所述CPU以存储所述基因扩增量和所述温度控制信息，所述接口连接到所述CPU以将从所述CPU接收到的所述基因扩增量实时传输到外部或者将外部输入信号应用到所述CPU，所述PCR模块包括：
光传感器组件，所述光传感器组件包括：
多个光传感器，所述多个光传感器排列成阵列形式以感测从样本生成的发射光，从而生成所述光感测信号；以及
温度传感器，所述温度传感器感测温度以输出所述温度信号；
隔离壁，所述隔离壁从所述光传感器组件突出以界定其中容纳所述样本的多个反应空间；以及
接口模块，所述接口模块电连接到所述光传感器组件以将所述光感测信号和所述温度信号传输到所述读取器系统，
其中，多个光传感器对应于所述多个反应空间中的每一个，
并且其中，所述光传感器组件包括第一光传感器和第二光传感器，所述第二光传感器具有与所述第一光传感器不同的灵敏度，并且尽管相同的光被照射到所述第一光传感器和所述第二光传感器，所述第一光传感器和所述第二光传感器输出具有不同量的不同输出信号。
2.根据权利要求1所述的PCR模块，还包括：
光源，所述光源向所述反应空间提供光；
滤光器，所述滤光器设置在所述光传感器组件上以透射所述发射光；以及盖，所述盖界定所述反应空间的上部并且包括不透明材料。
3.根据权利要求1所述的PCR模块，其中，所述读取器系统还包括向所述反应空间提供光的光源，所述PCR模块还包括界定所述反应空间的上部并且包括透明材料的盖。
4.根据权利要求1所述的PCR模块，其中，所述读取器系统还包括接收所述温度控制信号以调节所述反应空间的温度的温度控制模块。
5.根据权利要求1所述的PCR模块，还包括接收所述温度控制信号以调节所述反应空间的温度的温度控制部件，并且其中所述接口模块接收所述温度控制信号以将所接收到的温度控制信号应用到所述温度控制部件。
6.根据权利要求5所述的PCR模块，其中，所述读取器系统还包括：
热导体，所述热导体围绕所述PCR模块；以及
恒温构件，所述恒温构件维持恒定温度并且与所述热导体交换热量。
7.根据权利要求5所述的PCR模块，其中，所述PCR模块还包括接收所述温度控制信号以将所述反应空间中的热量传输到所述外部的热导体。
8.根据权利要求5所述的PCR模块，其中，所述PCR模块还包括接收所述温度控制信号以提高所述反应空间的温度的加热部件。
9.根据权利要求1所述的PCR模块，其中，所述光传感器的一个输出电极连接到多个光传感器单元。
10.根据权利要求9所述的PCR模块，其中，所述光传感器组件还包括光传感器阵列，所述光传感器阵列包括具有不同数目的光传感器单元的多个光传感器。
11.根据权利要求1所述的PCR模块，其中，所述读取器系统与多个PCR模块可拆卸地组合。
12.根据权利要求1所述的PCR模块，还包括设置在所述光传感器组件上的多个三维3D有机垫，所述多个三维3D有机垫中的每一个包括：
亲水材料，所述亲水材料当与水混合时不融化或溶解，而是通过高分子聚合物链或聚合物链交联以形成3D结构；以及
引物，所述引物为附连到与将被扩增的基因核苷酸序列相邻的区域的小分子DNA，并且是聚合酶扩增DNA时的起始DNA，
其中所述多个三维3D有机垫分别对应于所述多个反应空间。
13.根据权利要求12所述的PCR模块，其中，所述三维3D有机垫包括水凝胶垫或旋涂玻璃SOG垫。
14.根据权利要求1所述的PCR模块，其中，所述光传感器组件通过导线键接电连接到所述接口模块。
15.根据权利要求1所述的PCR模块，其中，所述光传感器组件通过硅贯通孔TSV电连接到所述接口模块。
16.一种聚合酶链式反应PCR系统，所述PCR系统包括：
读取器系统，所述读取器系统包括：
中央处理单元CPU，所述CPU接收光感测信号以实时计算基因扩增量，并且基于温度信号和温度控制信息生成温度控制信号；
存储器，所述存储器连接到所述CPU以存储所述基因扩增量和所述温度控制信息；以及接口，所述接口连接到所述CPU以将从所述CPU接收到的所述基因扩增量实时传输到外部或者将外部输入信号应用到所述CPU；以及
PCR模块，所述PCR模块与所述读取器系统可拆卸地组合，所述PCR模块包括：
光传感器组件，所述光传感器组件包括温度传感器和多个光传感器，所述多个光传感器布置成阵列形式以感测从样本生成的发射光，从而生成所述光感测信号，所述温度传感器感测温度以输出所述温度信号；
隔离壁，所述隔离壁从所述光传感器组件突出以界定其中容纳所述样本的多个反应空间；以及
接口模块，所述接口模块电连接到所述光传感器组件以将所述光感测信号和所述温度信号传输到所述读取器系统，
其中，多个光传感器对应于所述多个反应空间中的每一个，
并且其中，所述光传感器组件包括第一光传感器和第二光传感器，所述第二光传感器具有与所述第一光传感器不同的灵敏度，并且尽管相同的光被照射到所述第一光传感器和所述第二光传感器，所述第一光传感器和所述第二光传感器输出具有不同量的不同输出信号。
17.根据权利要求16所述的PCR系统，其中，所述读取器系统还包括利用所述温度控制信号降低所述PCR模块的温度的第二温度控制模块，并且所述PCR模块还包括利用所述温度控制信号提高所述PCR模块的温度的第一温度控制部件。
18.一种使用PCR系统进行检测的方法，所述方法用于非疾病诊断或治疗目的，所述PCR系统包括：
读取器系统，所述读取器系统包括：
中央处理单元CPU，所述CPU接收光感测信号以实时计算基因扩增量，并且基于温度信号和温度控制信息生成温度控制信号；
存储器，所述存储器连接到所述CPU以存储所述基因扩增量和所述温度控制信息；以及接口，所述接口连接到所述CPU以将从所述CPU接收到的所述基因扩增量实时传输到外部或者将外部输入信号应用到所述CPU；以及
PCR模块，所述PCR模块与所述读取器系统可拆卸地组合，所述PCR模块包括：
光传感器组件，所述光传感器组件包括温度传感器和多个光传感器，所述多个光传感器布置成阵列形式以感测从样本生成的发射光，从而生成所述光感测信号，所述温度传感器感测温度以输出所述温度信号；
隔离壁，所述隔离壁从所述光传感器组件突出以界定其中容纳所述样本的多个反应空间；以及
接口模块，所述接口模块电连接到所述光传感器组件以将所述光感测信号和所述温度信号传输到所述读取器系统，使用所述PCR系统进行检测的所述方法包括：
输入样本信息；
将所述样本信息与试剂信息相匹配；
制造包括与所述试剂信息相匹配的试剂的PCR模块；以及
将所述样本注入到所述PCR模块以将所述PCR模块安装到所述读取器系统中，从而检测所述样本，
其中多个光传感器对应于所述多个反应空间中的每一个，
并且其中，所述光传感器组件包括第一光传感器和第二光传感器，所述第二光传感器具有与所述第一光传感器不同的感测灵敏度，并且尽管相同的光被照射到所述第一光传感器和所述第二光传感器，所述第一光传感器和所述第二光传感器输出具有不同量的不同输出信号。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述样本信息与试剂信息相匹配包括检索先前存储的试剂信息以确定与所述样本信息相匹配的试剂的存在。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括：
当在先前存储的试剂信息中不存在与所述样本信息相匹配的试剂时，将所述试剂信息传输到多个试剂开发者的终端；以及
通过从所述试剂开发者的终端响应的信息选择所述试剂的开发者以开发所述试剂。
21.一种聚合酶链式反应PCR模块，所述PCR模块可从读取器系统拆卸，所述读取器系统包括中央处理单元CPU、存储器、以及接口，所述CPU被配置成接收光感测信号以实时计算基因扩增量，并且基于温度信号和温度控制信息生成温度控制信号，所述存储器连接到所述CPU并且被配置成存储所述基因扩增量和所述温度控制信息，所述接口连接到所述CPU并且被配置成将从所述CPU接收到的所述基因扩增量实时传输到外部或者将外部输入信号应用到所述CPU，所述PCR模块包括：
光传感器组件，所述光传感器组件包括：
多个光传感器，所述多个光传感器排列成阵列形式并且被配置成感测从样本生成的发射光并且生成所述光感测信号；以及
温度传感器，所述温度传感器被配置成感测温度并且输出所述温度信号；
隔离壁，所述隔离壁从所述光传感器组件突出并且被配置成界定其中容纳所述样本的多个反应空间；以及
控制接口，所述控制接口电连接到所述光传感器组件并且被配置成将所述光感测信号和所述温度信号传输到所述读取器系统，
其特征在于，多个光传感器对应于所述多个反应空间中的每一个，
并且其中，所述多个光传感器中的每一个具有不同的灵敏度，并且尽管相同的光被照射到所述多个光传感器，所述多个光传感器中的每一个输出具有不同量的不同输出信号。
22.一种聚合酶链式反应PCR系统，包括：
读取器系统，所述读取器系统包括：
中央处理单元CPU，所述CPU被配置成接收光感测信号以实时计算基因扩增量，并且基于温度信号和温度控制信息生成温度控制信号；
存储器，所述存储器连接到所述CPU并且被配置成存储所述基因扩增量和所述温度控制信息；以及
接口，所述接口连接到所述CPU并且被配置成将从所述CPU接收到的所述基因扩增量实时传输到外部或者将外部输入信号应用到所述CPU；以及
PCR模块，所述PCR模块与所述读取器系统可拆卸地组合，所述PCR模块包括：
光传感器组件，所述光传感器组件包括温度传感器和多个光传感器，所述多个光传感器布置成阵列形式并且被配置成感测从样本生成的发射光并生成所述光感测信号，所述温度传感器被配置成感测温度并且输出所述温度信号；
隔离壁，所述隔离壁从所述光传感器组件突出并且被配置成界定其中容纳所述样本的多个反应空间；以及
控制接口，所述控制接口电连接到所述光传感器组件并且被配置成将所述光感测信号和所述温度信号传输到所述读取器系统，其特征在于，多个光传感器对应于所述多个反应空间中的每一个，
并且其中，所述多个光传感器中的每一个具有不同的灵敏度，并且尽管相同的光被照射入所述多个光传感器，所述多个光传感器中的每一个输出具有不同量的不同输出信号。
23.一种使用PCR系统进行检测的方法，所述方法用于非疾病诊断或治疗目的，所述PCR系统包括：
读取器系统，所述读取器系统包括：
中央处理单元CPU，所述CPU被配置成接收光感测信号以实时计算基因扩增量，并且基于温度信号和温度控制信息生成温度控制信号；
存储器，所述存储器连接到所述CPU并且被配置成存储所述基因扩增量和所述温度控制信息；以及
接口，所述接口连接到所述CPU并且被配置成将从所述CPU接收到的所述基因扩增量实时传输到外部或者将外部输入信号应用到所述CPU；以及
PCR模块，所述PCR模块与所述读取器系统可拆卸地组合，所述PCR模块包括：
光传感器组件，所述光传感器组件包括温度传感器和多个光传感器，所述多个光传感器布置成阵列形式并且被配置成感测从样本生成的发射光以生成所述光感测信号，所述温度传感器被配置成感测温度并且输出所述温度信号；
隔离壁，所述隔离壁从所述光传感器组件突出并且被配置成界定其中容纳所述样本的多个反应空间；以及
控制接口，所述控制接口电连接到所述光传感器组件并且被配置成将所述光感测信号和所述温度信号传输到所述读取器系统，
使用所述PCR系统进行检测的所述方法包括：
从用户终端将样本信息输入到中央处理服务器中；
通过所述中央处理服务器将所述样本信息与试剂信息相匹配；
制造包括与所述试剂信息相匹配的试剂的PCR模块；以及
将所述样本注入到所述PCR模块以将所述PCR模块安装到所述读取器系统中，从而检测所述样本，
其特征在于，多个光传感器对应于所述多个反应空间中的每一个，
并且其中，所述多个光传感器中的每一个具有不同的灵敏度，并且尽管相同的光被照射入所述多个光传感器，所述多个光传感器中的每一个输出具有不同量的不同输出信号。
PCR模块、具有其的PCR系统和使用其的检测方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35USC§119要求2015年3月18日和2016年2月19日向韩国知识产权局(KIPO)提交的韩国专利申请No.10-2015-0037725和No.10-2016-0020053的优先权，这两份申请的内容全文以引用方式并入本文中。
技术领域
[0003] 各示例实施例总体上涉及PCR模块、包括PCR模块的PCR系统、以及使用PCR系统进行检测的方法。更特别地，本发明概念的各实施例涉及能够可拆卸地与能够实时进行检测的读取器系统相组合的PCR模块、包括所述PCR模块的PCR系统、以及使用所述PCR系统实时进行检测的方法。
背景技术
[0004] 基因扩增技术是分子诊断中的重要过程，是重复地复制和扩增样本中的微小脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RND)的特定核苷酸序列的技术。上述技术中，聚合酶链式反应(PCR)是一种代表性的基因扩增技术。PCR包括3个阶段：DNA的变性、引物的退火、以及DNA的延伸，每个阶段都依赖于样本的温度。因此，为了扩增DNA，样本的温度被重复地改变。
[0005] 实时PCR是一种能够实时监视样本在扩增过程中的扩增状态的方法。实时PCR感测因DNA的扩增量而改变的荧光强度以定量地分析DNA。传统的实时PCR设备一般包括热传递元件、热传递块、光源部件、以及光接收部件。热传递块把热量传输到其中设置了样本的试管。光源部件向试管中的样本照射激发光。光接收部件接收从样本生成的荧光。
[0006] 当前使用的桌面形式的实时PCR设备包括占总体积的约80％的光学部件。光学部件感测样本的荧光。因此，可移动性几乎为零，所以现场(point-of-care)测试几乎是不可能的，并且设备成本非常高。另外，在诸如移动、重新定位设备之类的运输过程中，会产生误差，从而需要一些时间来进行重新设置、校准等。
[0007] 另外，需要大量时间来设置各种试剂，而且污染为高概率事件。此外，系统尺寸很大，并且大多数设备配置为孤立的系统。因此，与外界的信息通信困难。
发明内容
[0008] 一些示例实施例提供一种能够可拆卸地与能够实时进行检测的读取器系统相组合的PCR模块。
[0009] 一些示例实施例还提供一种包括所述PCR模块的PCR系统。
[0010] 一些示例实施例还提供一种使用所述PCR系统实时进行检测的方法。
[0011] 根据一些示例实施例，聚合酶链式反应(PCR)模块与读取器系统可拆卸地组合。读取器系统包括中央处理单元(CPU)、存储器、以及接口。CPU接收光感测信号以实时计算基因扩增量，并且基于温度信号和温度控制信息生成温度控制信号。存储器连接到CPU以存储基因扩增量和温度控制信息。接口连接到CPU以把从CPU接收到的基因扩增量实时传输到外界或者把外部输入信号应用到CPU。PCR模块包括光传感器组件、隔离壁、以及接口模块。光传感器组件包括温度传感器和多个光传感器。光传感器排列成阵列形式以感测从样本生成的发射光，从而生成光感测信号。温度传感器感测温度以输出温度信号。隔离壁从光传感器组件突出以界定其中容纳样本的反应空间。接口模块电连接到光传感器组件以把光感测信号和温度信号传输到读取器系统。
[0012] 在一些示例实施例中，PCR模块还可以包括向反应空间供给光的光源、布置在光传感器组件上以透射所述发射光的滤光器、以及界定反应空间的上部分并且包括不透明材料的盖。
[0013] 在一些示例实施例中，读取器系统还可以包括向反应空间供给光的光源，PCR模块还可以包括界定反应空间的上部分并且包括透明材料的盖。
[0014] 在一些示例实施例中，读取器系统还可以包括接收温度控制信号以调节反应空间的温度的温度控制模块。
[0015] 在一些示例实施例中，PCR模块还可以包括接收温度控制信号以调节反应空间的温度的温度控制部件，所述接口模块可以接收温度控制信号以把所接收到的温度控制信号应用到所述温度控制部件。
[0016] 在一些示例实施例中，读取器系统还可以包括围绕PCR模块的热导体、以及维持恒定温度并且与热导体交换热量的恒温构件。
[0017] 在一些示例实施例中，PCR模块还可以包括接收温度控制信号以把反应空间中的热量传输到外部的热导体。
[0018] 在一些示例实施例中，PCR模块还可以包括接收温度控制信号以提高反应空间的温度的加热部件。
[0020] 在一些示例实施例中，光传感器组件还可以包括光传感器阵列，所述光传感器阵列包括多个具有不同数目的光传感器单元的光传感器。
[0021] 在一些示例实施例中，读取器系统可以与多个PCR模块可拆卸地组合。
[0022] 在一些示例实施例中，PCR模块还可以包括设置在光传感器组件上的三维(3D)有机垫。所述3D有机垫可以包括亲水材料和引物，所述亲水材料在与水混合时不融化或溶解，而是通过高分子聚合物链或聚合物链发生交联以形成3D结构，所述引物是附连到与将被扩增的基因核苷酸序列相邻的区域的小分子DNA，并且是聚合酶扩增DNA时的起始DNA。
[0024] 在一些示例实施例中，光传感器组件可以通过导线键接(或连接)电连接到接口模块。
[0026] 根据一些示例实施例，一种PCR系统包括读取器系统和PCR模块。读取器系统包括中央处理单元(CPU)、存储器、以及接口。CPU接收光感测信号以实时计算基因扩增量，并且基于温度信号和温度控制信息生成温度控制信号。存储器连接到CPU以存储基因扩增量和温度控制信息。接口连接到CPU以把从CPU接收到的基因扩增量实时传输到外界或者把外部输入信号应用到CPU。PCR模块与读取器系统可拆卸地组合。PCR模块包括光传感器组件、隔离壁、以及接口模块。光传感器组件包括温度传感器和多个光传感器。光传感器排列成阵列形式以感测从样本生成的发射光，从而生成光感测信号。温度传感器感测温度以输出温度信号。隔离壁从光传感器组件突出以界定其中容纳样本的反应空间。接口模块电连接到光传感器组件以把光感测信号和温度信号传输到读取器系统。
[0027] 在一些示例实施例中，读取器系统还可以包括使用温度控制信号降低PCR模块的温度的第二温度控制模块，PCR模块还可以包括使用温度控制信号提高PCR模块的温度的第一温度控制部件。
[0028] 根据一些示例实施例，提供一种使用PCR系统进行检测的方法。PCR系统包括读取器系统和PCR模块。读取器系统包括中央处理单元(CPU)、存储器、以及接口。CPU接收光感测信号以实时计算基因扩增量，并且基于温度信号和温度控制信息生成温度控制信号。存储器连接到CPU以存储基因扩增量和温度控制信息。接口连接到CPU以把从CPU接收到的基因扩增量实时传输到外界或者把外部输入信号应用到CPU。PCR模块与读取器系统可拆卸地组合。PCR模块包括光传感器组件、隔离壁、以及接口模块。光传感器组件包括温度传感器和多个光传感器。光传感器排列成阵列形式以感测从样本生成的发射光，从而生成光感测信号。温度传感器感测温度以输出温度信号。隔离壁从光传感器组件突出以界定其中容纳样本的反应空间。接口模块电连接到光传感器组件以把光感测信号和温度信号传输到读取器系统。在使用PCR系统进行检测的方法中，输入样本信息。把样本信息与试剂信息相匹配。制造包括与试剂信息相匹配的试剂的PCR模块。把样本注入到PCR模块中以把PCR模块安装到读取器系统中来检测样本。
[0029] 在一些示例实施例中，把样本信息和试剂信息相匹配可包括检索先前存储的试剂信息以确定与样本信息相匹配的试剂的存在。
[0030] 在一些示例实施例中，所述方法还可以包括当先前存储的试剂信息中不存在与样本信息相匹配的试剂时，可以把试剂信息传输到多个试剂开发者的终端，可以通过从试剂开发者的终端答复的信息选择试剂的开发者，以开发所述试剂。
[0031] 根据一些示例实施例，PCR系统包括PCR模块和读取器系统。PCR模块包括光传感器组件、3D有机垫、以及反应容器。光传感器组件包括排列成阵列形式的多个光传感器。3D有机垫设置在光传感器组件上，并且包括亲水材料和引物。当亲水材料与水混合时，亲水材料不溶解或融化，而是高分子聚合物链或聚合物链发生交联以维持3D结构。引物是附连到与将被扩增的基因核苷酸序列相邻的区域的小分子DNA，并且是聚合酶扩增DNA时的起始DNA。反应容器设置在光传感器组件上并且容纳3D有机垫。读取器系统包括CPU、存储器、以及接口。CPU从PCR模块接收光感测信号以实时计算基因扩增量，并且接收与反应容器的温度对应的温度信号以把所接收到的温度信号与温度控制信息相比较，从而生成温度控制信号。
存储器连接到CPU以存储基因扩增量和温度控制信息。接口连接到CPU以实时地把从CPU接收到的基因扩增量传输到外界或者把外部输入信号应用到CPU。
存储器连接到CPU以存储基因扩增量和温度控制信息。接口连接到CPU以实时地把从CPU接收到的基因扩增量传输到外界或者把外部输入信号应用到CPU。
[0032] 根据一些示例实施例，提供一种制造PCR模块的方法。PCR模块包括光传感器组件、3D有机垫、以及反应容器。光传感器组件包括布置成阵列形式的多个光传感器。3D有机垫设置在光传感器组件上，并且包括亲水材料和引物。当亲水材料与水混合时，亲水材料不溶解或融化，而是高分子聚合物链或聚合物链发生交联以维持3D结构。引物是附连到与将被扩增的基因核苷酸序列相邻的区域的小分子DNA，并且是聚合酶扩增DNA时的起始DNA。反应容器设置在光传感器组件上并且容纳3D有机垫。PCR模块被应用到包括读取器系统的PCR系统。读取器系统接收光感测信号以实时计算基因扩增量，并且控制反应容器的温度。在制造PCR模块的方法中，首先使用半导体工艺在衬底上形成光传感器。然后，在其上形成有光传感器的衬底上形成3D有机垫。
[0033] 根据一些示例实施例，一种检测方法使用可拆卸地与PCR模块组合的读取器系统来驱动PCR模块。PCR模块包括反应容器和感测从反应容器生成的荧光的光传感器。读取器系统包括CPU、存储器、温度控制模块、以及接口。CPU从PCR模块接收光感测信号以实时计算基因扩增量，并且接收与反应容器的温度实时对应的温度信号以将温度信号与温度控制信息实时进行比较，从而生成温度信号。存储器连接到CPU以存储基因扩增量和温度控制信息。温度控制模块接收温度控制信号以调节PCR模块的温度。接口连接到CPU以实时地传输从CPU接收到的基因扩增量或者把外部输入信号应用到CPU。在该检测方法中，首先输入样本信息。然后，把样本信息与试剂信息相匹配。然后，确定PCR模块包括与试剂信息相匹配的试剂。接下来，把样本注入到PCR模块中并且安装在读取器系统中，从而检测样本。
[0034] 根据本发明，光学部件被嵌入到PCR模块中，并且PCR模块被制造成可拆卸模块的形式。因此，读取器系统的大小明显减小。另外，PCR模块和读取器系统的大小明显减小，制造成本降低。
[0035] 另外，即使移动读取器系统，也不需要重新设置、校准等。因此，大大提高了移动性，从而能够进行现场检测。特别地，在诸如流行病、灾害识别等之类的紧急情况下，可以迅速引入PCR系统，从而可以减小损害。
[0036] 另外，试剂可以嵌入到PCR模块中，从而可以省略设置试剂的附加过程。因此，明显减少了污染，并且可以省略准备检测的附加过程。
[0037] 另外，通过因特网等把信息传输到外界可以是可行的，因此各种客户和多个试剂开发者可以建立诸如应用商店或市场之类的系统。于是，可以交换试剂和信息。
[0038] 另外，PCR模块包括多个水凝胶垫，不同的引物设置在水凝胶中。因此，可以检测多个基因型。
[0039] 另外，在传统的多重检测方法中，由于使用了不同波长的荧光，所以光学部件具有复杂的结构。然而，在本发明的实施例中，不同的引物设置在水凝胶垫中，所以即使使用了单种荧光材料，也可以执行多重检测。因此，光传感器组件具有简单的结构。
[0040] 另外，样本和缓冲剂交替设置在样本注入部件中，所以通过从样本注入部件的一侧施加压力的简单操作，就可以把样本注入到多个水凝胶垫中。
[0041] 另外，在传统的阵列方法中，由于基因材料仅设置在垫的表面上，所以基因扩增速度非常慢。然而，水凝胶垫具有聚合物链的3D结构，所以在水凝胶垫的表面上以及在水凝胶垫中都执行基因扩增。于是，基因扩增速度非常快。因此，一个阵列可以由多个水凝胶垫组成，使得基因扩增可以在多个位置实时地执行。此外，荧光仅从水凝胶垫生成，使得光量增加以增大信号强度，从而实现更灵敏的测试。
[0042] 另外，PCR模块包括热导体和加热部件，因此能够容易地调节反应空间的温度。
[0043] 此外，PCR模块可以包括多个具有不同数目的光传感器单元的光传感器，因此能够基于光强度优化检测。于是，利用从多个光传感器输出的信号，提高了精确度。
[0045] 通过以下结合附图进行的详细描述，将会更清晰地理解说明性的、非限制性的示例实施例。
[0046] 图1是示出根据本发明一实施例的用于PCR模块的读取器系统的框图。
[0047] 图2是示出图1所示的用于PCR模块的读取器系统的立体图。
[0048] 图3是示出图1所示的用于PCR模块的读取器系统的温度控制数据的曲线图。
[0049] 图4是示出基于图1所示的用于PCR模块的读取器系统的控制的PCR模块的反应容器的温度的曲线图。
[0050] 图5是示出图1所示的用于PCR模块的读取器系统的温度控制信号的曲线图。
[0051] 图6是示出图1所示的第二温度控制部件的框图。
[0052] 图7是示出根据本发明另一实施例的用于PCR模块的读取器系统的框图。
[0053] 图8是示出根据本发明一实施例的检测方法的框图。
[0054] 图9是示出图8所示的检测方法的流程图。
[0055] 图10是示出根据本发明一实施例的PCR模块的立体图。
[0056] 图11是沿图10的线I-I'取得的横截面视图。
[0057] 图12至15是示出制造图10所示的PCR模块的方法的横截面视图。
[0058] 图16是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。
[0059] 图17至22是示出制造图16所示的PCR模块的方法的横截面视图。
[0060] 图23是示出根据本发明另一实施例的使用PCR模块进行检测的方法的横截面视图。
[0061] 图24是示出根据本发明一实施例的在使用PCR模块进行检测的方法中使用的水凝胶垫的放大横截面视图。
[0062] 图25是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。
[0063] 图26是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。
[0064] 图27是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。
[0065] 图28是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。
[0066] 图29是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。
[0067] 图30是示出根据本发明一实施例的恒温构件的平面图。
[0068] 图31是沿图30的线T-T'取得的横截面视图。
[0069] 图32是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。
[0070] 图33是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。
[0071] 图34是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。
[0072] 图35是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。
[0073] 图36是示出根据本发明一实施例的光传感器(photo sensor)的平面图。
[0074] 图37是示出根据本发明另一实施例的光传感器的平面图。
[0075] 图38是示出根据本发明另一实施例的光传感器的平面图。
[0076] 图39是示出根据本发明另一实施例的光传感器的平面图。
[0077] 图40是示出通过组合图36至39所制造的光传感器阵列的平面图。
[0078] 图41是示出图40所示的光传感器阵列的输出信号的曲线图。
[0079] 图42是示出根据本发明一实施例的光传感器组件的横截面视图。
[0080] 图43是示出根据本发明另一实施例的光传感器组件的横截面视图。
具体实施方式
[0081] 以下将参照其中示出一些示例实施例的附图更全面地描述各示例实施例。然而，本发明的概念可以体现为许多不同的形式，并且不应理解为局限于此处阐述的示例实施例。相反，提供这些示例实施例使得本公开将彻底和完整，并且将向本领域技术人员更全面地传达本发明概念的范围。在这些图中，为了清晰起见，可能夸大了层和区域的大小或相对大小。相似的数字始终指示相似的元素。
[0082] 将理解，尽管此处可能使用术语“第一”、“第二”、“第三”等描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语用于将元件彼此区别开。因此，下面论述的第一元件也可以称为第二元件而不偏离本发明概念的教导。这里使用时，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或多个的任意和全部组合。
[0083] 将理解，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，其可以直接连接或耦接到另一元件，或者可以存在居间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在居间元件。应以相似的方式解释用于描述元件之间的关系的其它措辞(例如，“在…之间”相对于“直接在…之间”、“相邻”相对于“直接相邻”等)。
[0084] 此处所使用的术语仅仅是为了描述特定的示例实施例，而无意对本发明概念加以限制。这里使用时，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文明确地另外指示。还应理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指出所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的群组的存在或添加。
[0085] 除非另行加以定义，否则此处使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明概念所属领域中的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解，诸如在公共使用的字典中定义的术语之类的术语应解释为具有与它们在相关技术语境中的含义相一致的含义，并且不应在理想化或过于形式的意义上对它们加以解释，除非此处明确地如此定义。
[0086] 以下，将参照附图说明本发明的PCR模块、包括PCR模块的PCR系统、以及使用PCR系统进行检测的方法。
[0087] 图1是示出根据本发明一实施例的用于PCR模块的读取器系统的框图。图2是示出图1所示的用于PCR模块的读取器系统的立体图。
[0088] 参照图1和2，用于PCR模块的读取器系统100与PCR模块200可拆卸地组合，并且操作PCR模块200。在图2中，一个PCR模块200与读取器系统100组合。然而，相关领域技术人员可理解，多个PCR模块200可以同时与一个读取器系统100组合。
[0089] 读取器系统100包括中央处理单元(CPU)100、存储器120、接口130、第二温度控制部件150、光源230、光源滤光器233、以及光源驱动部件220。
[0090] CPU 110读取存储在存储器120中的驱动数据以驱动第二温度控制部件150和PCR模块200。另外，CPU 110从PCR模块200接收光感测信息、温度信息等，并且实时地存储它们。CPU 110使用从PCR模块200接收到的光感测信息、温度信息等实时地计算基因扩增量，以生成基因扩增量的信息。CPU 110实时地把基因扩增量的信息存储在存储器120中，并且将基因扩增量的信息传输到接口130。
[0091] 光源驱动部件220使用从CPU 110接收到的光源驱动信号驱动光源230。
[0092] 光源230利用光源驱动信号生成激发光。
[0093] 光源滤光器233设置在光源230之下以过滤从光源230生成的激发光。例如，光源滤光器233可以对激发光进行过滤以透射紫外光。
[0094] 使用已经穿过光源滤光器233的光来检测收纳容器240中的样本。在本实施例中，设置光源滤光器233以最小化外部光引起的噪声，由此减小因外部光的亮度变化导致的光传感器250的误差。
[0095] 图3是示出图1所示的用于PCR模块的读取器系统的温度控制数据的曲线图。
[0096] 参照图1至3，温度控制数据描述与时间对应的温度，时间又与PCR模块200的操作相对应。例如，温度控制数据可以为95℃、55℃、25℃、55℃、95℃、64℃、或者72℃，并且可以包括其中随时间依次变化的温度是一个周期的数据。
[0097] 图4是示出基于图1所示的用于PCR模块的读取器系统的控制的PCR模块的反应容器的温度的曲线图。图5是示出图1所示的用于PCR模块的读取器系统的温度控制信号的曲线图。
[0098] 参照图1至5，温度控制信号包括用于控制温度以使得PCR模块200中的收纳容器240的温度对应于温度控制数据的信号。例如，样本的温度包括其中样本的温度维持恒定温度的时段PU，其中温度上升的时段P3、P4、P6和P7，其中温度降低的时段P1、P2和P5。
[0099] 时段PU是其中反应容器240中的温度不变而是维持恒定温度的时段。反应容器240具有绝热特性，从而温度控制信号可以不改变。CPU 110把温度控制数据的当前温度与反应容器240的当前温度进行比较。当反应容器240的温度将改变时，生成用于加热/冷却的温度控制信号，使得所生成的温度控制信号传输到第一温度控制部件270和第二温度控制部件150。
[0100] 时段P3、P4、P6、以及P7为其中反应容器240中的温度上升的时段。PCR模块200被迅速加热以使得反应容器240的温度上升。在本发明中，在提高温度的早期时段P3中，生成与比将提高的目标温度更高的温度对应的温度控制信号，以使得反应容器240被迅速加热。在提高温度的晚期时段，生成与目标温度接近的温度控制信号。例如，在与温度改变时段对应的提升时段P1的开始处，温度控制信号被提升(B1)。提升量B1可以为温度变化值D1的1/5至1/2。当提升量B1小于温度改变值D1的1/5时，提升效果小，从而达到目标温度的时间增加。
当提升量B1大于温度改变值D1的1/2时，提升温度太高，使得样本的一部分可能变形(deform)。
当提升量B1大于温度改变值D1的1/2时，提升温度太高，使得样本的一部分可能变形(deform)。
[0101] 时段P1、P2、以及P5是其中反应容器240中的温度迅速降低的时段。PCR模块200迅速冷却，使得反应容器240的温度降低。在本发明中，在降低温度的早期时段中，生成与比将降低的目标温度更低的温度对应的温度控制信号，使得反应容器240迅速冷却。在降低温度的晚期时段中，生成与目标温度接近的温度控制信号。
[0102] 在本发明中，在升高温度和降低温度的早期时段，反应容器240的温度迅速改变，以防止反应容器240中的样本的变形并且提高检测的可信度。
[0103] 存储器120连接到CPU 110以使用先前存储的驱动数据来驱动第二温度控制部件150和PCR模块200，并且实时存储光感测信息、温度信息等。驱动数据可以包括温度控制数据、光控制数据等，可以按数据类型存储在存储器120中，并且可以从外部通过输入设备(未示)输入和存储。例如，存储器120可以包括诸如DDR3、SRAM(帧)、SSD(闪存)等之类的各种存储设备。
[0104] 接口130连接到CPU 110以实时地传输从CPU 110接收到的基因扩增量的信息或者把外部的输入信号传输到CPU 110。在本发明中，接口130可以包括诸如无线LAN(WLAN)、WiFi、蓝牙等之类的通信系统(未示出)；诸如通用串行总线(UBS)、内部集成电路(I2C)、通用异步接收/发送器(UART)、脉冲宽度调制(PWM)、低压差分信令(LVDS)、移动工业处理器接口(MIPI)等之类的数据接口(未示出)；诸如液晶显示器(LCD)、有机发光显示器(OLED)、阴极射线管(CRT)等之类的显示设备(未示出)；诸如鼠标器、键盘等之类的输入设备(未示出)；诸如打印机、传真机等之类的输出设备(未示出)。
[0105] 第二温度控制部件150连接到CPU 110以使用从CPU 110接收到的温度控制数据来控制PCR模块200的温度。
[0106] 图6是示出图1所示的第二温度控制部件的框图。
[0107] 参照图1至6，第二温度控制部件150包括辅助信息处理部件153和热控制部件154。
[0108] 辅助信息处理部件152把从CPU 110接收到的温度控制信号应用到热控制部件154。
[0109] 热控制部件154基于从辅助信息处理部件152接收到的温度控制信号来控制PCR模块200的温度。在本发明的实施例中，热控制部件154包括温度传感器154a和风扇154b。温度传感器154a感测PCR模块200的温度以把所感测到的温度传输到辅助信息处理部件152。风扇154b基于温度控制信号加热或冷却PCR模块200。
[0110] 在本发明的另一实施例中，热控制部件154可以不包括温度传感器154a和风扇154b，而是可以包括热电元件(未示出)。在本发明另一实施例中，热控制部件154可以包括水冷扇(未示出)。
[0111] PCR模块200扩增包括在样本中的基因材料，并且实时监视扩增基因材料的量以把光感测信号传输到读取器系统100。在本发明的实施例中，PCR模块200把温度信号传输到读取器系统100。
[0112] 在本发明的实施例中，PCR模块200包括控制接口210、反应容器240、光传感器250、温度传感器260、以及第一温度控制部件270。例如，PCR模块200可以是具有预定样本的可替换模块，并且可以在一次使用之后被丢弃。在本发明另一实施例中，PCR模块200可以包括光源驱动部件220和光源230。
[0113] 在本发明的实施例中，控制接口210可以从读取器系统100接收温度控制信号以把所接收到的温度控制信号传输到第一温度控制部件270。另外，控制接口210接收从光传感器250生成的光感测信号和从温度传感器260生成的温度信号以把所接收到的光感测信号和温度信号传输到读取器系统100。
[0114] 反应容器240容纳样本并且扩增包括在样本中的基因材料。在本发明的实施例中，反应容器240可以包括一个收纳空间或者多个收纳空间。当反应容器240包括多个收纳空间时，可以同时检测一个样本或者多个样本。
[0115] 反应容器240可以包括诸如硅、塑料等之类的各种材料。
[0116] 光传感器250设置得邻近反应容器240以感测由设置在反应容器240中的样本利用从光源230生成并且穿透光源滤光器233的光生成的发射光的亮度。例如，发射光可以包括荧光、磷光等。光传感器250感测到的发射光的亮度被转换为光感测信号，从而光感测信号被应用到控制接口210。
[0117] 温度传感器260设置得邻近反应容器240以表示设置在反应容器240中的样本的温度。温度传感器260感测到的温度被转换为温度信号，从而温度信号被应用到控制接口210。
[0118] 第一温度控制部件270设置为接触反应容器240以控制反应容器240的温度。在本发明的实施例中，第一温度控制部件270接收来自控制接口210的温度控制信号以把反应容器240的温度维持在恒定温度，或者加热或冷却反应容器240。例如，第一温度控制部件270可以包括加热器、热电元件、冷却器、或者它们的组合。
[0119] 在本发明的实施例中，第一温度控制部件270可以提高反应容器240的温度，第二温度控制部件150可以降低反应容器240的温度。在本发明的另一实施例中，可以一体地形成第一温度控制部件270和第二温度控制部件150。
[0120] 在本发明的实施例中，具有高热导率的材料可以插置在温度传感器260和反应容器240之间以及第一温度控制部件270和反应容器240之间，从而能够容易地传导热量。例如，诸如硅、玻璃、金属、金属氧化物、合成树脂等之类的各种材料可以被包括在温度传感器260和反应容器240之间以及第一温度控制部件270和反应容器240之间。
[0121] 在本发明的实施例中，光源230、光传感器250、温度传感器260、第一温度控制部件270、以及反应容器240可以具有各种组合。例如，光源230可以设置在反应容器240的一侧，光传感器250可以设置在反应容器240的另一侧。当光源230和光传感器250设置在同一侧时，可能会感测到光源230引起的亮度而非反应容器240的真实亮度。因此，光源230设置在与光传感器250不同的一侧。
[0122] 第一温度控制部件270可以与光传感器250设置在相同的表面上。当温度传感器260和第一温度控制部件270设置在同一侧时，可能会感测到第一温度控制部件270的温度而非反应容器240的真实温度。因此，温度传感器260和第一温度控制部件270设置在彼此不同的侧面。
[0123] 在本发明的实施例中，可以使用包括PCR模块200的温度传感器260和读取器系统100的温度传感器154a的复合温度传感器系统。在本发明另一实施例中，可以仅温度传感器
260包括在PCR模块200中并且与光传感器250一体形成。在本发明另一实施例中，光传感器(未示出)可以与第二温度控制部件150一体形成。
260包括在PCR模块200中并且与光传感器250一体形成。在本发明另一实施例中，光传感器(未示出)可以与第二温度控制部件150一体形成。
[0124] 图7是示出根据本发明另一实施例的用于PCR模块的读取器系统的框图。图7的用于PCR模块的读取器系统与图1至6所示的基本相同，除了光源和光源驱动部件之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0125] 参照图7，用于PCR模块的读取器系统100与PCR模块200可拆卸地组合并且操作PCR模块200。
[0126] 读取器系统100包括中央处理单元(CPU)110、存储器120、接口130、以及第二温度控制部件159。
[0127] PCR模块200包括控制接口210、光源230、光源滤光器233、反应容器240、光传感器250、温度传感器260、以及第一温度控制部件270。PCR模块200可以是具有预定样本的可替换模块，并且可以在一次使用之后丢弃。
[0128] 图8是示出根据本发明一实施例的检测方法的框图。图9是示出图8所示的检测方法的流程图。图8的读取器系统和PCR模块与图1至7所示的基本相同，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0129] 参照图2、8和9，首先通过用户终端1200输入样本信息(步骤S110)。通过用户终端1200输入的样本信息通过诸如因特网等之类的通信网络传输到中央处理服务器1000。例如，用户终端1200包括诸如智能电话、个人计算机等之类的能够进行有线/无线通信的各种形式的终端。
[0130] 然后，中央处理服务器1000把从用户终端1200输入的样本信息与先前存储的试剂信息进行匹配(步骤S120)。
[0131] 然后，检查先前存储的试剂信息中是否存在与所输入的样本信息相匹配的试剂(步骤S130)。
[0132] 当先前存储的试剂信息中存在与所输入的样本信息相匹配的试剂时，把购买相应试剂的信息传输到试剂开发者的终端1100(步骤S140)。
[0133] 当先前存储的试剂信息中不存在与所输入的样本信息相匹配的试剂时，把选择开发者的信息传输到多个试剂开发者的终端1100，通过响应于试剂开发者的终端1100的信息，来选择相应试剂的开发者(步骤S150)。然后，试剂被开发(步骤S160)。
[0134] 接下来，使用图1至7所示的读取器系统100和PCR模块200检测样本(步骤S170)。在本发明的实施例中，提供包括试剂开发者供给的试剂的PCR模块200。用户提供的样本被注入到包括试剂的PCR模块200，然后，把PCR模块200安装在读取器系统100中并且加以分析。在本发明的实施例中，读取器系统100可以为小尺寸的，因此读取器系统100可以与用户终端1200一体形成。
[0135] 接下来，检测结果被传输到中央处理服务器1000和/或用户终端1200(步骤S180)。
[0136] 图10是示出根据本发明一实施例的PCR模块的立体图。图11是沿图10的线I-I'取得的横截面视图。图10的PCR模块与图1至9所示的基本相同，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。为了便于说明，在图10中省略了隔离壁和盖。
[0137] 参照图10和11，PCR模块包括光传感器组件300、三维(3D)有机垫、隔离壁320、以及盖350。在本发明的实施例中，3D有机垫是能够三维地扩增样本的包括有机材料的垫，并且可以包括水凝胶垫400、旋涂玻璃(SOG)垫等。
[0138] 光传感器组件300包括光传感器阵列310、荧光滤光器313、第一温度控制部件370、以及温度传感器360。光传感器阵列310包括排列成阵列形式的多个光传感器。例如，光传感器阵列310可以包括多个光电二极管、多个薄膜晶体管等。
[0139] 荧光滤光器313设置在光传感器阵列310上以过滤外部光、光源生成的光等的噪声，仅透射从样本生成的荧光。
[0140] 水凝胶垫400设置在光传感器组件300上并且包括水凝胶。当水凝胶与水混合时，水凝胶不融化或溶解，而是交联成高分子聚合物链或聚合物链，从而维持3D结构。水凝胶是亲水材料，包括形成多个交联体(cross-link)的多个聚合物链。例如，水凝胶可以包括各种水凝胶，例如，聚乙烯双丙烯酸酯(PEGDA)水凝胶、PMA水凝胶、聚二甲氨基丙烯酰胺(PDGPA)水凝胶、聚乙基噁唑啉(polyethyloxazoline)、硅水凝胶等。在本发明的实施例中，水凝胶垫400可以包括PEGDA水凝胶。
[0141] 在本发明另一实施例中，3D有机垫可以包括使用旋涂玻璃(SOG)垫形成的垫(未示出)而非水凝胶垫400。
[0142] 水凝胶垫400可以具有各种形状，例如，圆柱碟形、四边碟形、六边碟形、六面体形、碗形、在其中心具有凹陷的柱形、凹透镜形、凸透镜形、压纹(emboss ing)形等。
[0143] 在本发明的实施例中，水凝胶垫400可以通过利用光掩模和紫外光的光构图形成。在本发明另一实施例中，可以在外部通过光工艺形成预备水凝胶垫(未示出)，然后把预备水凝胶垫引至光传感器组件300上，从而水凝胶垫400可以被组合。例如，预备水凝胶垫(未示出)可以与流体一起流过在光传感器组件300上的空间，从而水凝胶垫400可以顺序地滴下。在本发明另一实施例中，可以使用诸如打印、可拆卸地组合等之类的各种方法。
[0144] 水凝胶垫400包括引物(Primer)和DNA探针。引物是附连到与将要扩增的基因核苷酸序列相邻的区域的小分子DNA，并且是用聚合酶扩增DNA时的起始DNA。DNA探针为较短的DNA部分，其与预定DNA结合以检测所述预定DNA。在本发明另一实施例中，可以使用DNA芯片代替水凝胶垫400。
[0145] 在本发明的实施例中，PCR模块可以包括多个水凝胶垫400，不同的引物可以设置在这些水凝胶垫400上。因此，可以检测多个基因型。在本发明的实施例中，沿相同列设置相同的引物，当列改变时，设置不同的引物。因此，可以对同一列中所检测的多个数据进行比较以确保检测结果的可信度。
[0146] 另外，在传统的多重检测中，荧光的波长不同，因此光学构件的结构可能复杂。然而，在本发明的实施例中，不同的引物设置在不同的水凝胶垫400上，所以尽管使用了单种荧光材料，也能够执行多重检测，由此简化了光传感器组件300的结构。
[0147] 另外，传统的阵列类型包括仅设置在其表面上的基因材料，所以基因扩增速度非常慢。然而，水凝胶垫400具有聚合物链的三维结构，基因扩增也在水凝胶垫400中执行，所以基因扩增速度非常快。因此，可以由水凝胶垫400形成阵列，从而可以在各个位置处实时地执行基因扩增。此外，荧光仅从水凝胶垫400生成，使得光量增加以增强信号强度，由此实现更灵敏的测试。
[0148] 隔离壁320从光传感器组件300的边延伸以形成反应容器340。隔离壁320可以包括诸如塑料、PDMS、硅、金属等之类的各种材料。
[0149] 盖350覆盖隔离壁320的上部分。入口352和出口354形成在盖350中。样本(未示)通过入口352引入到反应容器340中，并且在反应结束后样本(未示出)可以通过出口354排放到外部。
[0150] 图12至15是示出制造图10所示的PCR模块的方法的横截面视图。
[0151] 参照图12，首先形成光传感器组件300。在本发明的实施例中，在基础衬底上形成光传感器阵列310、温度传感器360、以及第一温度控制部件370，并且在其上形成荧光滤光器313。例如，可以通过半导体工艺形成光传感器阵列310、温度传感器360、以及第一温度控制部件370。
[0152] 参照图13，接下来，把水凝胶400a和400b涂覆在光传感器组件300上。通过掩模407曝光所涂覆的水凝胶400a和400b中的400a部分。
[0153] 参照图14，然后对所涂覆的水凝胶400a和400b进行显影以形成水凝胶垫400。
[0154] 参照图15，接下来，在其上形成有水凝胶垫400的光传感器组件300上形成隔离壁320和盖350。
[0155] 图16是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。图16的PCR模块与图10和11所示的基本相同，除了堤(bank)之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0156] 参照图16，PCR模块包括光传感器组件300、水凝胶垫401、隔离壁320、堤325、以及盖350。
[0157] 堤325设置在光传感器组件300上，并且形成阵列形式的多个分开空间。堤325可以包括诸如无机绝缘材料、光致抗蚀剂、塑料、硅、金属等之类的各种材料。
[0158] 水凝胶垫401设置在光传感器组件300上堤325所划分的彼此相邻的空间中。水凝胶垫401可以包括水凝胶。
[0160] 图17至22是示出制造图16所示的PCR模块的方法的横截面视图。
[0161] 参照图17，首先，形成光传感器组件300。
[0162] 参照图18，然后在光传感器组件300上形成堤325。在本发明的实施例中，可以用诸如光刻工艺、印工艺、纳米加工工艺等之类的各种方法形成堤325。
[0163] 参照图19，把水凝胶滴401a滴入堤325形成的彼此相邻的空间中。在本发明的实施例中，所滴入的水凝胶滴401'可以不固化并且可以具有流动性。
[0164] 参照图20和21，把紫外光(UV)490照射到所滴入的水凝胶滴401'上以形成水凝胶垫401。
[0165] 参照图22，在其上形成有水凝胶垫401的光传感器组件300上形成隔离壁320和盖350。
[0166] 图23是示出根据本发明另一实施例的使用PCR模块进行检测的方法的横截面视图。图23的PCR模块与图16所示的基本相同，除了样本注入部件、隔离壁、堤、以及盖之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0167] 在本发明的实施例中，堤321的高度突出到大于水凝胶垫400高度，因此水凝胶垫400被容纳在由堤321划分的彼此相邻的空间中。
[0168] 隔离壁322从光传感器组件300的边突出，并且具有将与样本注入部件326连接的开口侧。
[0169] 盖352连接到隔离壁322的上表面。在本发明的实施例中，隔离壁322的高度突出到大于堤321的高度以在隔离壁322的上表面和堤321的上表面之间形成供样本52a、52b、52c、以及52d和缓冲剂54通过的路径。
[0170] 缓冲剂54包括与样本52a、52b、52c、以及52d具有低反应性的流体。例如，缓冲剂54可以包括油、凝胶、纯水等。缓冲剂54分隔样本52a、52b、52c、以及52d，从而彼此相邻的样本52a、52b、52c、以及52d可以不被混合。
[0171] 使用样本注入部件326把样本52a、52b、52c、以及52d注入到PCR模块中的方法如下。
[0172] 首先，把样本52a、52b、52c、以及52d和缓冲剂54交替设置在样本注入部件326中。
[0173] 然后，当向样本注入部件326的一侧施加压力时，设置在样本注入部件326中的第一样本52a沿朝向隔离壁322的方向传输。
[0174] 接下来，当向样本注入部件326的一侧继续施加压力时，样本注入部件326中的第一样本52a穿过隔离壁322。穿过隔离壁322的第一样本52a因静负载而向下流动，并且落入形成在堤321和隔离壁322之间的空间中，从而覆盖水凝胶垫400。
[0175] 然后，当向样本注入部件326的一侧继续施加压力时，设置在第一和第二样本52a和52b之间的缓冲剂填充堤321和隔离壁322之间的空间。
[0176] 接下来，当向样本注入部件326的一侧继续施加压力时，第二样本52b顺序地穿过隔离壁322、隔离壁322和堤321之间的空间、以及与隔离壁322相邻的堤321。
[0177] 然后，当向样本注入部件326的一侧继续施加压力时，第二样本52b落入相邻的堤321之间的空间中，从而覆盖第二水凝胶垫400。
[0178] 以相同方法，当向样本注入部件326的一侧继续施加压力时，第二样本52b、缓冲剂54、第三样本52c、缓冲剂54、以及第四样本52d顺序地填充相邻堤321形成的空间。
[0179] 根据本发明的实施例，样本52a、52b、52c、以及52d和缓冲剂54交替设置在样本注入部件326中，从而可以通过向样本注入部件326的一侧施压的简单操作把样本52a、52b、52c、以及52d顺序地注入到多个水凝胶垫400上。
[0180] 图24是示出根据本发明一实施例的在使用PCR模块进行检测的方法中使用的水凝胶垫的放大横截面视图。
[0181] 参照图10和24，待检测的基因材料421滴在水凝胶垫400上。所滴的基因材料421在三个维度上均匀地分布在水凝胶垫400中。
[0182] 在每个水凝胶垫400中通过引物在基因材料421中启动基因扩增420。
[0183] 在本发明的实施例中，基因材料421通过水凝胶垫400的聚合物链410而均匀渗透。透入水凝胶垫400的基因材料421中各个基因的基因扩增420由引物启动。在本发明的实施例中，温度控制部件调节水凝胶垫400的温度以用于基因扩增420。
[0184] 当光源生成的光照射到附连于扩增的基因上的荧光材料上时，从荧光材料发射预定波长的荧光。
[0185] 光传感器阵列检测从荧光材料发射的荧光，以检测基因的存在。
[0186] 图25是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。图25的PCR模块与图23所示的基本相同，除了导线311和371、键接部(bonding)311a和371a、光源331、光阻挡图案332、样本注入部件353、以及接口构件390之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0187] 参照图25，PCR模块包括光传感器组件301、隔离壁321和322、导线311和371、键接部311a和371a、滤光器315、光源331、光阻挡图案332、样本注入部件353、盖350、第一温度控制部件370、以及接口构件390。
[0188] 光传感器组件301包括光传感器、温度传感器、驱动电路等。在本发明的实施例中，光传感器组件301可以包括第一温度控制部件。
[0189] 隔离壁321和322从光传感器组件301沿垂直方向突出以形成反应空间241。在本发明的实施例中，隔离壁321和322可以包括设置在光传感器组件301的边上的隔离壁322以及设置在光传感器组件301的中间部分上的隔离壁321。例如，设置在光传感器组件301的边上的隔离壁322的高度可以大于设置在光传感器组件301的中间部分上的隔离壁321的高度。当设置在光传感器组件301的边上的隔离壁322的高度大于设置在光传感器组件301的中间部分上的隔离壁321的高度时，可以顺序地注入多个样本，如图23所示。
[0190] 滤光器315设置在隔离壁321和322与光传感器组件301之间以去除噪声并且仅透射从样本生成的荧光(或者磷光)。
[0191] 光源331把光照射到设置在反应空间241中的样本中。设置在样本中的材料使用从光源331生成的光生成荧光或磷光。荧光或磷光穿过滤光器315从而施加到光传感器组件301。
[0192] 在本发明的实施例中，光源331设置在隔离壁321之下。例如，光阻挡图案332设置在光源331之下以防止光源331生成的光直接施加到滤光器315。
[0193] 反应空间241的一侧是开口的，使得样本通过样本注入部件353被注入。
[0194] 在本发明的实施例中，第一温度控制部件370形成在光传感器组件301之下。在本发明另一实施例中，第一温度控制部件370可以不同地设置在光传感器组件301的上部分、盖350的上部分、隔离壁321和322的侧表面等上。
[0195] 接口构件390设置在光传感器组件301之下以控制光传感器组件301、光源331、第一温度控制部件370。
[0196] 导线311和371把接口构件390电连接到光传感器组件301、第一温度控制部件370等。键接部311a和371a设置在导线311和371的端部以把导线311和371附连到接口构件390、光传感器组件301等。例如，键接部311a和371a可以包括焊接部。
[0198] 图26是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。图26的PCR模块与图25所示的基本相同，除了硅贯通孔(TSV)电极312以及连接部件312a和372a之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0199] 参照图26，PCR模块包括光传感器组件301、隔离壁321和322、TSV电极312、连接部件312a和372a、滤光器315、光源331、光阻挡图案332、样本注入部件353、盖350、第一温度控制部件370、以及接口构件390。
[0200] TSV电极312穿过光传感器组件301以电连接到设置在光传感器组件301中的电极。
[0201] 光传感器组件301利用TSV电极312以及连接部件312a和372a电连接到接口构件390。例如，设置在光传感器组件301中的电极可以通过TSV电极312和连接部件312a电连接到接口构件390。第一温度控制部件370可以通过连接部件372a电连接到接口构件390。
[0202] 在本发明的实施例中，把接口构件390组合到光传感器组件301的方法如下。
[0203] 首先，准备其内部包括电极的光传感器组件301。
[0204] 然后，从光传感器组件301的下部形成通孔，以暴露设置在光传感器组件301内的电极的一部分。
[0205] 接下来，在通孔中填充导电材料以形成TSV电极312。
[0207] 接下来，从光传感器组件301的下部分组合接口构件390。
[0209] 图27是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。图27的PCR模块与图25所示的基本相同，除了光源331s和光阻挡图案之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0210] 参照图27，光源331s设置在隔离壁321和322的中部以把光提供到反应空间241中。在本发明的实施例中，可以省略光阻挡图案332(图25所示)。
[0211] 图28是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。图28的PCR模块与图25所示的基本相同，除了光源331t和光阻挡图案之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0212] 参照图28，光源331t设置在盖350中以把光供给到反应空间241中。在本发明的实施例中，可以省略光阻挡图案332(图25所示)。
[0213] 图29是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。图29的PCR模块与图25所示的基本相同，除了光源331u之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0214] 参照图29，光源331u设置在光传感器组件301上以把光供给到反应空间241中。例如，光源331u可以设置在滤光器315的上表面上。
[0215] 光阻挡图案332u设置在光源331u之下。例如，光阻挡图案332u可以设置在光源331u的下表面和滤光器315的上表面之间。
[0216] 图30是示出根据本发明一实施例的恒温构件的平面图。图31是沿图30的线T-T'取得的横截面视图。图30和31的PCR模块与图1至29所示的基本相同，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0217] 参照图30和31，读取器系统包括多个恒温构件510、520、530、以及540和多个绝热构件505。
[0218] 恒温构件510、520、530、以及540排列成直线并且维持与PCR周期的阶段对应的温度。例如，恒温构件510、520、530、以及540可以排列成诸如直线形状、网格形状、曲线形状、圆形形状等之类的各种形状。
[0219] 在本发明的实施例中，第一恒温构件510对应于PCR周期中的变性(denaturat ion)阶段，并且维持大约92℃至大约95℃的温度。第二恒温构件520对应于PCR周期中的延伸阶段，并且维持大约72℃至大约75℃的温度。第三恒温构件530对应于PCR周期中的退火阶段，并且维持大约52℃至大约55℃的温度。第四恒温构件540对应于PCR周期中的冷却和检测阶段，并且维持大约10℃至大约15℃的温度。
[0220] 绝热构件505设置在相邻的恒温构件510、520、530、以及540之间以防止相邻恒温构件510、520、530、以及540之间的热交换。
[0221] 在本发明的实施例中，每个恒温构件510包括多个恒温部件512和514。例如，第一恒温构件510包括设置在PCR模块200下的第一恒温部件512和设置在PCR模块200上的第二恒温部件514。
[0222] PCR模块200被第一导热部件502和第二导热部件504围绕以与恒温构件510、520、530、以及540中的每个交换热量。例如，PCR模块200的下部可由第一导热部件502围绕，PCR模块200的上部可由第二导热部件504围绕。
[0223] 由第一导热部件502和第二导热部件504围绕的PCR模块200在与PCR周期的各阶段对应的恒温构件510、520、530、以及540之间传输，由此执行PCR周期。
[0224] 例如，柔性电路板395设置在第一导热部件502和第二导热部件504之间的空间中，从而可以通过柔性电路板395传输PCR模块200的驱动信号、光感测信号、温度信号等。
[0225] 在本发明的实施例中，使用了配置为维持不同温度的恒温构件510、520、530、以及540，然而，以上仅是示例，可以使用各种方法。在本发明另一实施例中，代替恒温构件，可以使用使用风扇、空气压缩机等的空气冷却方法，通过诸如水、油等之类的流体进行冷却或加热的方法，通过喷洒诸如水、酒精等之类的挥发性液体进行冷却的方法，或者使用诸如珀尔帖(Pelt ier)元件等之类的热电元件的方法。
[0226] 图32是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。图32的PCR模块与图25所示的基本相同，除了第一热导体502a、第二热导体504a以及内部热导体503a之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0227] 参照图32，PCR模块还包括第一热导体502a、第二热导体504a以及内部热导体503a。第一热导体502a、第二热导体504a以及内部热导体503a可以把热量提供到PCR模块或者向外散热，从而控制PCR模块的温度。
[0228] 在本发明的实施例中，第一热导体502a设置在盖350上以控制PCR模块的上部温度。第二热导体504a设置在光传感器组件301下面以控制PCR模块的下部温度。内部热导体503a设置在隔离壁322的外表面上以控制PCR模块的中间部分的温度。
[0229] 在本发明另一实施例中，PCR模块可以仅包括第一热导体502a、第二热导体504a以及内部热导体503a中的一个或两个。
[0230] 图33是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。图33的PCR模块与图32所示的基本相同，除了内部热导体503b之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0231] 参照图33，内部热导体503b的一部分设置在反应空间241中，内部热导体503b的其余部分向反应空间241外突出。例如，内部热导体503b的一部分设置在隔离壁322的内表面上，内部热导体503b的其余部分穿过隔离壁322并且向反应空间241外突出。
[0232] 内部热导体503b可以包括金属、金刚石、金属氧化物等。例如，内部热导体503b可以包括金属涂层、诸如铟锡氧化物(ITO)之类的透明金属氧化物等。
[0233] 在本发明另一实施例中，内部热导体503b可以设置在反应空间241中的隔离壁321上。
[0234] 图34是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。图34的PCR模块与图32所示的基本相同，除了导热流体506之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0235] 参照图34，导热流体506设置在隔离壁322的外表面上。导热流体506冷却或加热隔离壁322的外侧以控制反应空间241的温度。例如，导热流体506可以通过泵(未示出)来循环。
[0236] 图35是示出根据本发明另一实施例的PCR模块的横截面视图。图35的PCR模块与图32所示的基本相同，除了内部热导体503b和加热部件375之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0237] 参照图35，内部热导体503b设置在PCR模块的中间部分处，并且向反应空间241外突出。第一热导体502a、第二热导体504a、以及内部热导体503b把PCR模块的热量散至外部，从而降低了反应空间241的温度。
[0238] 加热部件375设置在反应空间241中以提高反应空间241的温度。在本发明另一实施例中，加热部件375可以设置在盖350的上表面上、光传感器组件301的下表面上等。
[0239] 根据本发明的实施例，PCR模块包括热导体502a、503b、以及504a和加热部件375以容易地控制反应空间241的温度。
[0240] 图36是示出根据本发明一实施例的光传感器的平面图。图36的PCR模块与图25所示的基本相同，除了光传感器之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0241] 参照图36，光传感器包括一个光传感器单元307和一个输出电极307a。在本发明的实施例中，输出电极307a对应于光传感器单元307，从而光传感器单元307生成的光感测信号通过输出电极307a输出。
[0242] 图37是示出根据本发明另一实施例的光传感器的平面图。图37的PCR模块与图36所示的基本相同，除了光传感器之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0243] 参照图37，光传感器包括两个光传感器单元307和一个输出电极307a。在本发明的实施例中，输出电极307a对应于两个光传感器单元307,从而两个光传感器单元307生成的光感测信号被相加并且通过输出电极307a输出。
[0244] 因此，对于照射到图36所示的光传感器上的同样光量而言，感测灵敏度提高到两倍。
[0245] 图38是示出根据本发明另一实施例的光传感器的平面图。图38的PCR模块与图36所示的基本相同，除了光传感器之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0246] 参照图38，光传感器包括四个光传感器单元307和一个输出电极307a。在本发明的实施例中，输出电极307a对应于四个光传感器单元307,从而四个光传感器单元307生成的光感测信号被相加并且通过输出电极307a输出。
[0247] 因此，对于照射到图36所示的光传感器上的同样光量而言，感测灵敏度提高到四倍。
[0248] 图39是示出根据本发明另一实施例的光传感器的平面图。图39的PCR模块与图36所示的基本相同，除了光传感器之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0249] 参照图39，光传感器包括八个光传感器单元307、两个输出电极307a和307b、以及一条连接线307c。在本发明的实施例中，总输出信号通过一条连接线307c以及两个输出电极307a和307b对应到八个光传感器单元307，从而八个光传感器单元307生成的光感测信号被相加并且输出为一个输出信号。
[0250] 因此，对于照射到图36所示的光传感器上的同样光量而言，感测灵敏度提高到八倍。
[0251] 图40是示出通过组合图36至39而制造的光传感器阵列的平面图。图41是示出图40所示的光传感器阵列的输出信号的曲线图。
[0252] 参照图40和41，光传感器阵列包括两个第一光传感器307_1、一个第二光传感器307_2、一个第三光传感器307_4、以及一个第四光传感器307_8。
[0253] 在本发明的实施例中，第一光传感器307_1、第二光传感器307_2、第三光传感器307_4、以及第四光传感器307_8分别与图36至39所示的基本相同。
[0254] 尽管照射同样的光，但是从第一至第四光传感器307_1、307_2、307_4、以及307_8输出的信号是具有不同量的不同输出信号。随着包括在一个光传感器307_1、307_2、307_4、以及307_8中的光传感器单元的数目增加，光传感器307_1、307_2、307_4、以及307_8的灵敏度也增加。
[0255] 然而，当光传感器的灵敏度增加过多时，光传感器的感测能力可能容易饱和。
[0256] 如在本发明的实施例中描述的那样，光传感器阵列包括具有不同数目的光传感器单元的多个光传感器307_1、307_2、307_4、以及307_8，从而基于入射光的强度优化感测能力。另外，通过从多个光传感器307_1、307_2、307_4、以及307_8输出的输出信号，光传感器阵列的精确度得到改善。
[0257] 图42是示出根据本发明一实施例的光传感器组件的横截面视图。图42的光传感器组件与图10至40所示的基本相同，除了光源驱动电路之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0258] 参照图10和42，光传感器组件包括光传感器阵列310、荧光滤光器313、第一温度控制部件370、温度传感器360、以及光源驱动电路335。
[0259] 光源驱动电路335基于读取器系统100或接口构件390(图25所示)的控制而把驱动功率施加到光源331(图35所示)。
[0260] 图43是示出根据本发明另一实施例的光传感器组件的横截面视图。图43的光传感器组件与图42所示的基本相同，除了驱动电路部件之外，因此将省略对有关上述元件的任何重复说明。
[0261] 参照图10和43，光传感器组件包括光传感器阵列310、荧光滤光器313、第一温度控制部件370、温度传感器360、以及驱动电路部件337。
[0262] 驱动电路部件337基于读取器系统100或接口构件390(图25所示)的控制而把驱动功率施加到光源331(图35所示)或者控制光传感器组件的信号输入/输出。
[0263] 根据本发明，光学部件嵌入在PCR模块中，并且PCR模块按可拆卸模块的形式制造。因此，读取器系统的大小明显减小。另外，PCR模块和读取器系统的大小明显减小，制造成本降低。
[0264] 另外，即使移动读取器系统，也不需要重新设置、校准等。因此，大大提高了可移动性，从而能够进行现场检测。特别地，在诸如流行病、灾害识别等之类的紧急情况下，可以迅速引入PCR系统，从而可以减小损害。
[0265] 另外，试剂可以嵌入到PCR模块中，从而可以省略设置试剂的附加过程。因此，明显减少了污染，并且可以省略准备检测的附加过程。
[0266] 另外，通过因特网等把信息传输到外界可以是可行的，因此各种客户和多个试剂开发者可以建立诸如应用商店或市场之类的系统。于是，可以交换试剂和信息。
[0267] 另外，PCR模块包括多个水凝胶垫，不同的引物设置在水凝胶中。因此，可以检测多个基因型。
[0268] 另外，在传统的多重检测方法中，由于使用了不同波长的荧光，所以光学部件具有复杂的结构。然而，在本发明的实施例中，不同的引物设置在水凝胶垫中，所以即使使用了单种荧光材料，也可以执行多重检测。因此，光传感器组件具有简单的结构。
[0269] 另外，样本和缓冲剂交替设置在样本注入部件中，所以通过从样本注入部件的一侧加压的简单操作，就可以把样本注入到多个水凝胶垫中。
[0270] 另外，在传统的阵列方法中，由于基因材料仅设置在垫的表面上，所以基因扩增速度非常慢。然而，水凝胶垫具有聚合物链的3D结构，所以在水凝胶垫的表面上以及在水凝胶垫中都执行基因扩增。于是，基因扩增速度非常快。因此，一个阵列可以由多个水凝胶垫形成，使得基因扩增可以在多个位置实时地执行。此外，荧光仅从水凝胶垫生成，使得光量增加以增大信号强度，从而实现更灵敏的测试。
[0271] 另外，PCR模块包括热导体和加热部件，因此能够容易地调节反应空间的温度。
[0272] 此外，PCR模块可以包括多个具有不同数目的光传感器单元的光传感器，因此能够基于光强度优化检测。于是，利用从多个光传感器输出的信号，提高了精确度。
[0273] 另外，光传感器组件可以包括光驱动部件或驱动电路部件，从而能够大大减小PCR系统的大小。
[0274] 本发明具有产业应用性，例如，扩增和检测基因材料、防止灾难、医疗用途、家畜、兽医医疗护理等。
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