Pcr模塊、具有其的pcr系統(tǒng)和使用其的檢測方法
【專利摘要】聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)模塊與讀取器系統(tǒng)可拆卸地組合。所述讀取器系統(tǒng)包括中央處理單元(CPU)，所述CPU接收光感測信號以實時計算基因擴增量，并且基于溫度信號和溫度控制信息生成溫度控制信號。所述PCR模塊包括光傳感器組件、隔離壁以及接口模塊。所述光傳感器組件包括溫度傳感器和多個光傳感器。光傳感器布置成陣列形式以感測從樣本生成的發(fā)射光，從而生成光感測信號。隔離壁從光傳感器組件突出以界定其中容納樣本的反應(yīng)空間。接口模塊電連接到光傳感器組件以把光感測信號和溫度信號傳輸?shù)阶x取器系統(tǒng)。
【專利說明】PCR模塊、具有其的PCR系統(tǒng)和使用其的檢測方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請根據(jù)35USC§119要求2015年3月18日和2016年2月19日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局(KIPO)提交的韓國專利申請N0.10-2015-0037725和N0.10-2016-0020053的優(yōu)先權(quán)，這兩份申請的內(nèi)容全文以引用方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]各示例實施例總體上涉及PCR模塊、包括PCR模塊的PCR系統(tǒng)、以及使用PCR系統(tǒng)進(jìn)行檢測的方法。更特別地，本發(fā)明概念的各實施例涉及能夠可拆卸地與能夠?qū)崟r進(jìn)行檢測的讀取器系統(tǒng)相組合的PCR模塊、包括所述PCR模塊的PCR系統(tǒng)、以及使用所述PCR系統(tǒng)實時進(jìn)行檢測的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]基因擴增技術(shù)是分子診斷中的重要過程，是重復(fù)地復(fù)制和擴增樣本中的微小脫氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RND)的特定核苷酸序列的技術(shù)。上述技術(shù)中，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)是一種代表性的基因擴增技術(shù)。PCR包括3個階段:DNA的變性、引物的退火、以及DNA的延伸，每個階段都依賴于樣本的溫度。因此，為了擴增DNA，樣本的溫度被重復(fù)地改變。
[0005]實時PCR是一種能夠?qū)崟r監(jiān)視樣本在擴增過程中的擴增狀態(tài)的方法。實時PCR感測因DNA的擴增量而改變的熒光強度以定量地分析DNA。傳統(tǒng)的實時PCR設(shè)備一般包括熱傳遞元件、熱傳遞塊、光源部件、以及光接收部件。熱傳遞塊把熱量傳輸?shù)狡渲性O(shè)置了樣本的試管。光源部件向試管中的樣本照射激發(fā)光。光接收部件接收從樣本生成的熒光。
[0006]當(dāng)前使用的桌面形式的實時PCR設(shè)備包括占總體積的約80%的光學(xué)部件。光學(xué)部件感測樣本的熒光。因此，可移動性幾乎為零，所以現(xiàn)場(point-of-care)測試幾乎是不可能的，并且設(shè)備成本非常高。另外，在諸如移動、重新定位設(shè)備之類的運輸過程中，會產(chǎn)生誤差，從而需要一些時間來進(jìn)行重新設(shè)置、校準(zhǔn)等。
[0007]另外，需要大量時間來設(shè)置各種試劑，而且污染為高概率事件。此外，系統(tǒng)尺寸很大，并且大多數(shù)設(shè)備配置為孤立的系統(tǒng)。因此，與外界的信息通信困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]—些示例實施例提供一種能夠可拆卸地與能夠?qū)崟r進(jìn)行檢測的讀取器系統(tǒng)相組合的PCR模塊。
[0009]—些示例實施例還提供一種包括所述PCR模塊的PCR系統(tǒng)。
[0010]一些示例實施例還提供一種使用所述PCR系統(tǒng)實時進(jìn)行檢測的方法。
[0011]根據(jù)一些示例實施例，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)模塊與讀取器系統(tǒng)可拆卸地組合。讀取器系統(tǒng)包括中央處理單元(CPU)、存儲器、以及接口。CPU接收光感測信號以實時計算基因擴增量，并且基于溫度信號和溫度控制信息生成溫度控制信號。存儲器連接到CHJ以存儲基因擴增量和溫度控制信息。接口連接到CPU以把從CPU接收到的基因擴增量實時傳輸?shù)酵饨缁蛘甙淹獠枯斎胄盘枒?yīng)用到CPUWCR模塊包括光傳感器組件、隔離壁、以及接口模塊。光傳感器組件包括溫度傳感器和多個光傳感器。光傳感器排列成陣列形式以感測從樣本生成的發(fā)射光，從而生成光感測信號。溫度傳感器感測溫度以輸出溫度信號。隔離壁從光傳感器組件突出以界定其中容納樣本的反應(yīng)空間。接口模塊電連接到光傳感器組件以把光感測信號和溫度信號傳輸?shù)阶x取器系統(tǒng)。
[0012]在一些示例實施例中，PCR模塊還可以包括向反應(yīng)空間供給光的光源、布置在光傳感器組件上以透射所述發(fā)射光的濾光器、以及界定反應(yīng)空間的上部分并且包括不透明材料的蓋。
[0013]在一些示例實施例中，讀取器系統(tǒng)還可以包括向反應(yīng)空間供給光的光源，PCR模塊還可以包括界定反應(yīng)空間的上部分并且包括透明材料的蓋。
[0014]在一些示例實施例中，讀取器系統(tǒng)還可以包括接收溫度控制信號以調(diào)節(jié)反應(yīng)空間的溫度的溫度控制模塊。
[0015]在一些示例實施例中，PCR模塊還可以包括接收溫度控制信號以調(diào)節(jié)反應(yīng)空間的溫度的溫度控制部件，所述接口模塊可以接收溫度控制信號以把所接收到的溫度控制信號應(yīng)用到所述溫度控制部件。
[0016]在一些示例實施例中，讀取器系統(tǒng)還可以包括圍繞PCR模塊的熱導(dǎo)體、以及維持恒定溫度并且與熱導(dǎo)體交換熱量的恒溫構(gòu)件。
[0017]在一些示例實施例中，PCR模塊還可以包括接收溫度控制信號以把反應(yīng)空間中的熱量傳輸?shù)酵獠康臒釋?dǎo)體。
[0018]在一些示例實施例中，PCR模塊還可以包括接收溫度控制信號以提高反應(yīng)空間的溫度的加熱部件。
[0019]在一些示例實施例中，光傳感器的一個輸出電極可以連接到多個光傳感器單元。
[0020]在一些示例實施例中，光傳感器組件還可以包括光傳感器陣列，所述光傳感器陣列包括多個具有不同數(shù)目的光傳感器單元的光傳感器。
[0021 ]在一些示例實施例中，讀取器系統(tǒng)可以與多個PCR模塊可拆卸地組合。
[0022]在一些示例實施例中，PCR模塊還可以包括設(shè)置在光傳感器組件上的三維(3D)有機墊。所述3D有機墊可以包括親水材料和引物，所述親水材料在與水混合時不融化或溶解，而是通過高分子聚合物鏈或聚合物鏈發(fā)生交聯(lián)以形成3D結(jié)構(gòu)，所述引物是附連到與將被擴增的基因核苷酸序列相鄰的區(qū)域的小分子DNA，并且是聚合酶擴增DNA時的起始DNA。
[0023]在一些示例實施例中，3D有機墊可以包括水凝膠墊或旋涂玻璃(SOG)墊。
[0024]在一些示例實施例中，光傳感器組件可以通過導(dǎo)線鍵接(或連接)電連接到接口模塊。
[0025]在一些示例實施例中，光傳感器組件可以通過硅貫通孔(TSV)電連接到接口模塊。
[0026]根據(jù)一些示例實施例，一種PCR系統(tǒng)包括讀取器系統(tǒng)和PCR模塊。讀取器系統(tǒng)包括中央處理單元(CPU)、存儲器、以及接口。CPU接收光感測信號以實時計算基因擴增量，并且基于溫度信號和溫度控制信息生成溫度控制信號。存儲器連接到CHJ以存儲基因擴增量和溫度控制信息。接口連接到CPU以把從CPU接收到的基因擴增量實時傳輸?shù)酵饨缁蛘甙淹獠枯斎胄盘枒?yīng)用到CPU13PCR模塊與讀取器系統(tǒng)可拆卸地組合。PCR模塊包括光傳感器組件、隔離壁、以及接口模塊。光傳感器組件包括溫度傳感器和多個光傳感器。光傳感器排列成陣列形式以感測從樣本生成的發(fā)射光，從而生成光感測信號。溫度傳感器感測溫度以輸出溫度信號。隔離壁從光傳感器組件突出以界定其中容納樣本的反應(yīng)空間。接口模塊電連接到光傳感器組件以把光感測信號和溫度信號傳輸?shù)阶x取器系統(tǒng)。
[0027]在一些示例實施例中，讀取器系統(tǒng)還可以包括使用溫度控制信號降低PCR模塊的溫度的第二溫度控制模塊，PCR模塊還可以包括使用溫度控制信號提高PCR模塊的溫度的第一溫度控制部件。
[0028]根據(jù)一些示例實施例，提供一種使用PCR系統(tǒng)進(jìn)行檢測的方法。PCR系統(tǒng)包括讀取器系統(tǒng)和PCR模塊。讀取器系統(tǒng)包括中央處理單元(CPU)、存儲器、以及接口。CPU接收光感測信號以實時計算基因擴增量，并且基于溫度信號和溫度控制信息生成溫度控制信號。存儲器連接到CPU以存儲基因擴增量和溫度控制信息。接口連接到CPU以把從CPU接收到的基因擴增量實時傳輸?shù)酵饨缁蛘甙淹獠枯斎胄盘枒?yīng)用到CPU13PCR模塊與讀取器系統(tǒng)可拆卸地組合。PCR模塊包括光傳感器組件、隔離壁、以及接口模塊。光傳感器組件包括溫度傳感器和多個光傳感器。光傳感器排列成陣列形式以感測從樣本生成的發(fā)射光，從而生成光感測信號。溫度傳感器感測溫度以輸出溫度信號。隔離壁從光傳感器組件突出以界定其中容納樣本的反應(yīng)空間。接口模塊電連接到光傳感器組件以把光感測信號和溫度信號傳輸?shù)阶x取器系統(tǒng)。在使用PCR系統(tǒng)進(jìn)行檢測的方法中，輸入樣本信息。把樣本信息與試劑信息相匹配。制造包括與試劑信息相匹配的試劑的PCR模塊。把樣本注入到PCR模塊中以把PCR模塊安裝到讀取器系統(tǒng)中來檢測樣本。
[0029]在一些示例實施例中，把樣本信息和試劑信息相匹配可包括檢索先前存儲的試劑信息以確定與樣本信息相匹配的試劑的存在。
[0030]在一些示例實施例中，所述方法還可以包括當(dāng)先前存儲的試劑信息中不存在與樣本信息相匹配的試劑時，可以把試劑信息傳輸?shù)蕉鄠€試劑開發(fā)者的終端，可以通過從試劑開發(fā)者的終端答復(fù)的信息選擇試劑的開發(fā)者，以開發(fā)所述試劑。
[0031 ]根據(jù)一些示例實施例，PCR系統(tǒng)包括PCR模塊和讀取器系統(tǒng)。PCR模塊包括光傳感器組件、3D有機墊、以及反應(yīng)容器。光傳感器組件包括排列成陣列形式的多個光傳感器。3D有機墊設(shè)置在光傳感器組件上，并且包括親水材料和引物。當(dāng)親水材料與水混合時，親水材料不溶解或融化，而是高分子聚合物鏈或聚合物鏈發(fā)生交聯(lián)以維持3D結(jié)構(gòu)。引物是附連到與將被擴增的基因核苷酸序列相鄰的區(qū)域的小分子DNA，并且是聚合酶擴增DNA時的起始DNA。反應(yīng)容器設(shè)置在光傳感器組件上并且容納3D有機墊。讀取器系統(tǒng)包括CPU、存儲器、以及接口。CPU從PCR模塊接收光感測信號以實時計算基因擴增量，并且接收與反應(yīng)容器的溫度對應(yīng)的溫度信號以把所接收到的溫度信號與溫度控制信息相比較，從而生成溫度控制信號。存儲器連接到CPU以存儲基因擴增量和溫度控制信息。接口連接到CPU以實時地把從CPU接收到的基因擴增量傳輸?shù)酵饨缁蛘甙淹獠枯斎胄盘枒?yīng)用到CPU。
[0032]根據(jù)一些示例實施例，提供一種制造PCR模塊的方法。PCR模塊包括光傳感器組件、3D有機墊、以及反應(yīng)容器。光傳感器組件包括布置成陣列形式的多個光傳感器。3D有機墊設(shè)置在光傳感器組件上，并且包括親水材料和引物。當(dāng)親水材料與水混合時，親水材料不溶解或融化，而是高分子聚合物鏈或聚合物鏈發(fā)生交聯(lián)以維持3D結(jié)構(gòu)。引物是附連到與將被擴增的基因核苷酸序列相鄰的區(qū)域的小分子DNA，并且是聚合酶擴增DNA時的起始DNA。反應(yīng)容器設(shè)置在光傳感器組件上并且容納3D有機墊。PCR模塊被應(yīng)用到包括讀取器系統(tǒng)的PCR系統(tǒng)。讀取器系統(tǒng)接收光感測信號以實時計算基因擴增量，并且控制反應(yīng)容器的溫度。在制造PCR模塊的方法中，首先使用半導(dǎo)體工藝在襯底上形成光傳感器。然后，在其上形成有光傳感器的襯底上形成3D有機墊。
[0033]根據(jù)一些示例實施例，一種檢測方法使用可拆卸地與PCR模塊組合的讀取器系統(tǒng)來驅(qū)動PCR模塊。PCR模塊包括反應(yīng)容器和感測從反應(yīng)容器生成的熒光的光傳感器。讀取器系統(tǒng)包括CPU、存儲器、溫度控制模塊、以及接口。CPU從PCR模塊接收光感測信號以實時計算基因擴增量，并且接收與反應(yīng)容器的溫度實時對應(yīng)的溫度信號以將溫度信號與溫度控制信息實時進(jìn)行比較，從而生成溫度信號。存儲器連接到CPU以存儲基因擴增量和溫度控制信息。溫度控制模塊接收溫度控制信號以調(diào)節(jié)PCR模塊的溫度。接口連接到CPU以實時地傳輸從CPU接收到的基因擴增量或者把外部輸入信號應(yīng)用到CPU。在該檢測方法中，首先輸入樣本信息。然后，把樣本信息與試劑信息相匹配。然后，確定PCR模塊包括與試劑信息相匹配的試劑。接下來，把樣本注入到PCR模塊中并且安裝在讀取器系統(tǒng)中，從而檢測樣本。
[0034]根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)部件被嵌入到PCR模塊中，并且PCR模塊被制造成可拆卸模塊的形式。因此，讀取器系統(tǒng)的大小明顯減小。另外，PCR模塊和讀取器系統(tǒng)的大小明顯減小，制造成本降低。
[0035]另外，即使移動讀取器系統(tǒng)，也不需要重新設(shè)置、校準(zhǔn)等。因此，大大提高了移動性，從而能夠進(jìn)行現(xiàn)場檢測。特別地，在諸如流行病、災(zāi)害識別等之類的緊急情況下，可以迅速弓I入PCR系統(tǒng)，從而可以減小損害。
[0036]另外，試劑可以嵌入到PCR模塊中，從而可以省略設(shè)置試劑的附加過程。因此，明顯減少了污染，并且可以省略準(zhǔn)備檢測的附加過程。
[0037]另外，通過因特網(wǎng)等把信息傳輸?shù)酵饨缈梢允强尚械?，因此各種客戶和多個試劑開發(fā)者可以建立諸如應(yīng)用商店或市場之類的系統(tǒng)。于是，可以交換試劑和信息。
[0038]另外，PCR模塊包括多個水凝膠墊，不同的引物設(shè)置在水凝膠中。因此，可以檢測多個基因型。
[0039]另外，在傳統(tǒng)的多重檢測方法中，由于使用了不同波長的熒光，所以光學(xué)部件具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。然而，在本發(fā)明的實施例中，不同的引物設(shè)置在水凝膠墊中，所以即使使用了單種熒光材料，也可以執(zhí)行多重檢測。因此，光傳感器組件具有簡單的結(jié)構(gòu)。
[0040]另外，樣本和緩沖劑交替設(shè)置在樣本注入部件中，所以通過從樣本注入部件的一側(cè)施加壓力的簡單操作，就可以把樣本注入到多個水凝膠墊中。
[0041]另外，在傳統(tǒng)的陣列方法中，由于基因材料僅設(shè)置在墊的表面上，所以基因擴增速度非常慢。然而，水凝膠墊具有聚合物鏈的3D結(jié)構(gòu)，所以在水凝膠墊的表面上以及在水凝膠墊中都執(zhí)行基因擴增。于是，基因擴增速度非?？臁Ｒ虼?，一個陣列可以由多個水凝膠墊組成，使得基因擴增可以在多個位置實時地執(zhí)行。此外，熒光僅從水凝膠墊生成，使得光量增加以增大信號強度，從而實現(xiàn)更靈敏的測試。
[0042 ]另外，PCR模塊包括熱導(dǎo)體和加熱部件，因此能夠容易地調(diào)節(jié)反應(yīng)空間的溫度。
[0043]此外，PCR模塊可以包括多個具有不同數(shù)目的光傳感器單元的光傳感器，因此能夠基于光強度優(yōu)化檢測。于是，利用從多個光傳感器輸出的信號，提高了精確度。
[0044]另外，光傳感器組件可以包括光驅(qū)動部件或驅(qū)動電路部件，從而能夠大大減小PCR系統(tǒng)的大小。
【附圖說明】
[0045]通過以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，將會更清晰地理解說明性的、非限制性的示例實施例。
[0046]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)的框圖。
[0047]圖2是示出圖1所示的用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)的立體圖。
[0048]圖3是示出圖1所示的用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)的溫度控制數(shù)據(jù)的曲線圖。
[0049]圖4是示出基于圖1所示的用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)的控制的PCR模塊的反應(yīng)容器的溫度的曲線圖。
[0050]圖5是示出圖1所示的用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)的溫度控制信號的曲線圖。
[0051 ]圖6是示出圖1所示的第二溫度控制部件的框圖。
[0052]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)的框圖。
[0053]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的檢測方法的框圖。
[0054]圖9是示出圖8所示的檢測方法的流程圖。
[0055]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的PCR模塊的立體圖。
[0056]圖11是沿圖10的線Ι-Γ取得的橫截面視圖。
[0057]圖12至15是示出制造圖10所示的PCR模塊的方法的橫截面視圖。
[0058]圖16是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。
[0059]圖17至22是示出制造圖16所示的PCR模塊的方法的橫截面視圖。
[0060]圖23是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的使用PCR模塊進(jìn)行檢測的方法的橫截面視圖。
[0061]圖24是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的在使用PCR模塊進(jìn)行檢測的方法中使用的水凝膠墊的放大橫截面視圖。
[0062]圖25是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。
[0063]圖26是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。
[0064]圖27是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。
[0065]圖28是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。
[0066]圖29是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。
[0067]圖30是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的恒溫構(gòu)件的平面圖。
[0068]圖31是沿圖30的線T-T’取得的橫截面視圖。
[0069]圖32是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。
[0070]圖33是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。
[0071]圖34是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。
[0072]圖35是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。
[0073]圖36是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的光傳感器(photosensor)的平面圖。
[0074]圖37是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光傳感器的平面圖。
[0075]圖38是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光傳感器的平面圖。
[0076]圖39是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光傳感器的平面圖。
[0077]圖40是示出通過組合圖36至39所制造的光傳感器陣列的平面圖。
[0078]圖41是示出圖40所示的光傳感器陣列的輸出信號的曲線圖。
[0079]圖42是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的光傳感器組件的橫截面視圖。
[0080]圖43是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光傳感器組件的橫截面視圖。
【具體實施方式】
[0081]以下將參照其中示出一些示例實施例的附圖更全面地描述各示例實施例。然而，本發(fā)明的概念可以體現(xiàn)為許多不同的形式，并且不應(yīng)理解為局限于此處闡述的示例實施例。相反，提供這些示例實施例使得本公開將徹底和完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員更全面地傳達(dá)本發(fā)明概念的范圍。在這些圖中，為了清晰起見，可能夸大了層和區(qū)域的大小或相對大小。相似的數(shù)字始終指示相似的元素。
[0082]將理解，盡管此處可能使用術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語用于將元件彼此區(qū)別開。因此，下面論述的第一元件也可以稱為第二元件而不偏離本發(fā)明概念的教導(dǎo)。這里使用時，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項中的一個或多個的任意和全部組合。
[0083]將理解，當(dāng)元件被稱為“連接”或“耦接”到另一元件時，其可以直接連接或耦接到另一元件，或者可以存在居間元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接連接”或“直接耦接”到另一元件時，不存在居間元件。應(yīng)以相似的方式解釋用于描述元件之間的關(guān)系的其它措辭(例如，“在…之間”相對于“直接在…之間”、“相鄰”相對于“直接相鄰”等)O
[0084]此處所使用的術(shù)語僅僅是為了描述特定的示例實施例，而無意對本發(fā)明概念加以限制。這里使用時，單數(shù)形式“一”、“一個”和“所述”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確地另外指示。還應(yīng)理解，當(dāng)在本說明書中使用時，術(shù)語“包括”和/或“包含”指出所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或它們的群組的存在或添加。
[0085]除非另行加以定義，否則此處使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明概念所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員通常理解的含義相同的含義。還將理解，諸如在公共使用的字典中定義的術(shù)語之類的術(shù)語應(yīng)解釋為具有與它們在相關(guān)技術(shù)語境中的含義相一致的含義，并且不應(yīng)在理想化或過于形式的意義上對它們加以解釋，除非此處明確地如此定義。
[0086]以下，將參照【附圖說明】本發(fā)明的PCR模塊、包括PCR模塊的PCR系統(tǒng)、以及使用PCR系統(tǒng)進(jìn)行檢測的方法。
[0087]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)的框圖。圖2是示出圖1所示的用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)的立體圖。
[0088]參照圖1和2，用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)100與PCR模塊200可拆卸地組合，并且操作PCR模塊200。在圖2中，一個PCR模塊200與讀取器系統(tǒng)100組合。然而，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員可理解，多個PCR模塊200可以同時與一個讀取器系統(tǒng)100組合。
[0089]讀取器系統(tǒng)100包括中央處理單元(CPU)10、存儲器120、接口 130、第二溫度控制部件150、光源230、光源濾光器233、以及光源驅(qū)動部件220。
[0090]CPU 110讀取存儲在存儲器120中的驅(qū)動數(shù)據(jù)以驅(qū)動第二溫度控制部件150和PCR模塊200。另外，CPU 110從PCR模塊200接收光感測信息、溫度信息等，并且實時地存儲它們。CPU 110使用從PCR模塊200接收到的光感測信息、溫度信息等實時地計算基因擴增量，以生成基因擴增量的信息。CPU 110實時地把基因擴增量的信息存儲在存儲器120中，并且將基因擴增量的信息傳輸?shù)浇涌?130。
[0091]光源驅(qū)動部件220使用從CPU 110接收到的光源驅(qū)動信號驅(qū)動光源230。
[0092]光源230利用光源驅(qū)動信號生成激發(fā)光。
[0093]光源濾光器233設(shè)置在光源230之下以過濾從光源230生成的激發(fā)光。例如，光源濾光器233可以對激發(fā)光進(jìn)行過濾以透射紫外光。
[0094]使用已經(jīng)穿過光源濾光器233的光來檢測收納容器240中的樣本。在本實施例中，設(shè)置光源濾光器233以最小化外部光引起的噪聲，由此減小因外部光的亮度變化導(dǎo)致的光傳感器250的誤差。
[0095]圖3是示出圖1所示的用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)的溫度控制數(shù)據(jù)的曲線圖。
[0096]參照圖1至3，溫度控制數(shù)據(jù)描述與時間對應(yīng)的溫度，時間又與PCR模塊200的操作相對應(yīng)。例如，溫度控制數(shù)據(jù)可以為95 °C、55 °C、25 °C、55 °C、95 °C、64 °C、或者72 °C，并且可以包括其中隨時間依次變化的溫度是一個周期的數(shù)據(jù)。
[0097]圖4是示出基于圖1所示的用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)的控制的PCR模塊的反應(yīng)容器的溫度的曲線圖。圖5是示出圖1所示的用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)的溫度控制信號的曲線圖。
[0098]參照圖1至5，溫度控制信號包括用于控制溫度以使得PCR模塊200中的收納容器240的溫度對應(yīng)于溫度控制數(shù)據(jù)的信號。例如，樣本的溫度包括其中樣本的溫度維持恒定溫度的時段I3U，其中溫度上升的時段P3、P4、P6和P7，其中溫度降低的時段P1、P2和P5。
[0099]時段PU是其中反應(yīng)容器240中的溫度不變而是維持恒定溫度的時段。反應(yīng)容器240具有絕熱特性，從而溫度控制信號可以不改變。CPU 110把溫度控制數(shù)據(jù)的當(dāng)前溫度與反應(yīng)容器240的當(dāng)前溫度進(jìn)行比較。當(dāng)反應(yīng)容器240的溫度將改變時，生成用于加熱/冷卻的溫度控制信號，使得所生成的溫度控制信號傳輸?shù)降谝粶囟瓤刂撇考?70和第二溫度控制部件150。
[0100]時段P3、P4、P6、以及P7為其中反應(yīng)容器240中的溫度上升的時段。PCR模塊200被迅速加熱以使得反應(yīng)容器240的溫度上升。在本發(fā)明中，在提高溫度的早期時段P3中，生成與比將提高的目標(biāo)溫度更高的溫度對應(yīng)的溫度控制信號，以使得反應(yīng)容器240被迅速加熱。在提高溫度的晚期時段，生成與目標(biāo)溫度接近的溫度控制信號。例如，在與溫度改變時段對應(yīng)的提升時段Pl的開始處，溫度控制信號被提升(BI)。提升量BI可以為溫度變化值Dl的1/5至1/2。當(dāng)提升量BI小于溫度改變值Dl的1/5時，提升效果小，從而達(dá)到目標(biāo)溫度的時間增加。當(dāng)提升量BI大于溫度改變值Dl的1/2時，提升溫度太高，使得樣本的一部分可能變形(deform)。
[0101]時段Pl、P2、以及P5是其中反應(yīng)容器240中的溫度迅速降低的時段。PCR模塊200迅速冷卻，使得反應(yīng)容器240的溫度降低。在本發(fā)明中，在降低溫度的早期時段中，生成與比將降低的目標(biāo)溫度更低的溫度對應(yīng)的溫度控制信號，使得反應(yīng)容器240迅速冷卻。在降低溫度的晚期時段中，生成與目標(biāo)溫度接近的溫度控制信號。
[0102]在本發(fā)明中，在升高溫度和降低溫度的早期時段，反應(yīng)容器240的溫度迅速改變，以防止反應(yīng)容器240中的樣本的變形并且提高檢測的可信度。
[0103]存儲器120連接到CPU110以使用先前存儲的驅(qū)動數(shù)據(jù)來驅(qū)動第二溫度控制部件150和PCR模塊200，并且實時存儲光感測信息、溫度信息等。驅(qū)動數(shù)據(jù)可以包括溫度控制數(shù)據(jù)、光控制數(shù)據(jù)等，可以按數(shù)據(jù)類型存儲在存儲器120中，并且可以從外部通過輸入設(shè)備(未示)輸入和存儲。例如，存儲器120可以包括諸如DDR3、SRAM(幀)、SSD (閃存)等之類的各種存儲設(shè)備。
[0104]接口130連接到CPU 110以實時地傳輸從CPU 110接收到的基因擴增量的信息或者把外部的輸入信號傳輸?shù)紺PU 110。在本發(fā)明中，接口 130可以包括諸如無線LAN(WLAN)、WiF1、藍(lán)牙等之類的通信系統(tǒng)(未示出)；諸如通用串行總線(UBS)、內(nèi)部集成電路(I2C)、通用異步接收/發(fā)送器(UART)、脈沖寬度調(diào)制(PffM)、低壓差分信令(LVDS)、移動工業(yè)處理器接口(MIPI)等之類的數(shù)據(jù)接口(未示出)；諸如液晶顯示器(LCD)、有機發(fā)光顯示器(OLED)JH極射線管(CRT)等之類的顯示設(shè)備(未示出)；諸如鼠標(biāo)器、鍵盤等之類的輸入設(shè)備(未示出)；諸如打印機、傳真機等之類的輸出設(shè)備(未示出)。
[0105]第二溫度控制部件150連接到CPU 110以使用從CPU 110接收到的溫度控制數(shù)據(jù)來控制PCR模塊200的溫度。
[0106]圖6是示出圖1所示的第二溫度控制部件的框圖。
[0107]參照圖1至6，第二溫度控制部件150包括輔助信息處理部件153和熱控制部件154。
[0108]輔助信息處理部件152把從CPU110接收到的溫度控制信號應(yīng)用到熱控制部件154。
[0109]熱控制部件154基于從輔助信息處理部件152接收到的溫度控制信號來控制PCR模塊200的溫度。在本發(fā)明的實施例中，熱控制部件154包括溫度傳感器154a和風(fēng)扇154b。溫度傳感器154a感測PCR模塊200的溫度以把所感測到的溫度傳輸?shù)捷o助信息處理部件152。風(fēng)扇154b基于溫度控制信號加熱或冷卻PCR模塊200。
[0110]在本發(fā)明的另一實施例中，熱控制部件154可以不包括溫度傳感器154a和風(fēng)扇154b，而是可以包括熱電元件(未示出)。在本發(fā)明另一實施例中，熱控制部件154可以包括水冷扇(未不出)。
[0111]PCR模塊200擴增包括在樣本中的基因材料，并且實時監(jiān)視擴增基因材料的量以把光感測信號傳輸?shù)阶x取器系統(tǒng)100。在本發(fā)明的實施例中，PCR模塊200把溫度信號傳輸?shù)阶x取器系統(tǒng)100。
[0112]在本發(fā)明的實施例中，PCR模塊200包括控制接口210、反應(yīng)容器240、光傳感器250、溫度傳感器260、以及第一溫度控制部件270。例如，PCR模塊200可以是具有預(yù)定樣本的可替換模塊，并且可以在一次使用之后被丟棄。在本發(fā)明另一實施例中，PCR模塊200可以包括光源驅(qū)動部件220和光源230。
[0113]在本發(fā)明的實施例中，控制接口210可以從讀取器系統(tǒng)100接收溫度控制信號以把所接收到的溫度控制信號傳輸?shù)降谝粶囟瓤刂撇考?70。另外，控制接口 210接收從光傳感器250生成的光感測信號和從溫度傳感器260生成的溫度信號以把所接收到的光感測信號和溫度信號傳輸?shù)阶x取器系統(tǒng)100。
[0114]反應(yīng)容器240容納樣本并且擴增包括在樣本中的基因材料。在本發(fā)明的實施例中，反應(yīng)容器240可以包括一個收納空間或者多個收納空間。當(dāng)反應(yīng)容器240包括多個收納空間時，可以同時檢測一個樣本或者多個樣本。
[0115]反應(yīng)容器240可以包括諸如硅、塑料等之類的各種材料。
[0116]光傳感器250設(shè)置得鄰近反應(yīng)容器240以感測由設(shè)置在反應(yīng)容器240中的樣本利用從光源230生成并且穿透光源濾光器233的光生成的發(fā)射光的亮度。例如，發(fā)射光可以包括熒光、磷光等。光傳感器250感測到的發(fā)射光的亮度被轉(zhuǎn)換為光感測信號，從而光感測信號被應(yīng)用到控制接口 210。
[0117]溫度傳感器260設(shè)置得鄰近反應(yīng)容器240以表示設(shè)置在反應(yīng)容器240中的樣本的溫度。溫度傳感器260感測到的溫度被轉(zhuǎn)換為溫度信號，從而溫度信號被應(yīng)用到控制接口 210。
[0118]第一溫度控制部件270設(shè)置為接觸反應(yīng)容器240以控制反應(yīng)容器240的溫度。在本發(fā)明的實施例中，第一溫度控制部件270接收來自控制接口 210的溫度控制信號以把反應(yīng)容器240的溫度維持在恒定溫度，或者加熱或冷卻反應(yīng)容器240。例如，第一溫度控制部件270可以包括加熱器、熱電元件、冷卻器、或者它們的組合。
[0119]在本發(fā)明的實施例中，第一溫度控制部件270可以提高反應(yīng)容器240的溫度，第二溫度控制部件150可以降低反應(yīng)容器240的溫度。在本發(fā)明的另一實施例中，可以一體地形成第一溫度控制部件270和第二溫度控制部件150。
[0120]在本發(fā)明的實施例中，具有高熱導(dǎo)率的材料可以插置在溫度傳感器260和反應(yīng)容器240之間以及第一溫度控制部件270和反應(yīng)容器240之間，從而能夠容易地傳導(dǎo)熱量。例如，諸如硅、玻璃、金屬、金屬氧化物、合成樹脂等之類的各種材料可以被包括在溫度傳感器260和反應(yīng)容器240之間以及第一溫度控制部件270和反應(yīng)容器240之間。
[0121]在本發(fā)明的實施例中，光源230、光傳感器250、溫度傳感器260、第一溫度控制部件270、以及反應(yīng)容器240可以具有各種組合。例如，光源230可以設(shè)置在反應(yīng)容器240的一側(cè)，光傳感器250可以設(shè)置在反應(yīng)容器240的另一側(cè)。當(dāng)光源230和光傳感器250設(shè)置在同一側(cè)時，可能會感測到光源230引起的亮度而非反應(yīng)容器240的真實亮度。因此，光源230設(shè)置在與光傳感器250不同的一側(cè)。
[0122]第一溫度控制部件270可以與光傳感器250設(shè)置在相同的表面上。當(dāng)溫度傳感器260和第一溫度控制部件270設(shè)置在同一側(cè)時，可能會感測到第一溫度控制部件270的溫度而非反應(yīng)容器240的真實溫度。因此，溫度傳感器260和第一溫度控制部件270設(shè)置在彼此不同的側(cè)面。
[0123]在本發(fā)明的實施例中，可以使用包括PCR模塊200的溫度傳感器260和讀取器系統(tǒng)100的溫度傳感器154a的復(fù)合溫度傳感器系統(tǒng)。在本發(fā)明另一實施例中，可以僅溫度傳感器260包括在PCR模塊200中并且與光傳感器250—體形成。在本發(fā)明另一實施例中，光傳感器(未示出)可以與第二溫度控制部件150—體形成。
[0124]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)的框圖。圖7的用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)與圖1至6所示的基本相同，除了光源和光源驅(qū)動部件之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0125]參照圖7，用于PCR模塊的讀取器系統(tǒng)100與PCR模塊200可拆卸地組合并且操作PCR模塊200。
[0126]讀取器系統(tǒng)100包括中央處理單元(CPU)llO、存儲器120、接口 130、以及第二溫度控制部件159。
[0127]PCR模塊200包括控制接口 210、光源230、光源濾光器233、反應(yīng)容器240、光傳感器250、溫度傳感器260、以及第一溫度控制部件270 JCR模塊200可以是具有預(yù)定樣本的可替換模塊，并且可以在一次使用之后丟棄。
[0128]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的檢測方法的框圖。圖9是示出圖8所示的檢測方法的流程圖。圖8的讀取器系統(tǒng)和PCR模塊與圖1至7所示的基本相同，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0129]參照圖2、8和9，首先通過用戶終端1200輸入樣本信息(步驟S110)。通過用戶終端1200輸入的樣本信息通過諸如因特網(wǎng)等之類的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒胩幚矸?wù)器1000。例如，用戶終端1200包括諸如智能電話、個人計算機等之類的能夠進(jìn)行有線/無線通信的各種形式的終端。
[0130]然后，中央處理服務(wù)器1000把從用戶終端1200輸入的樣本信息與先前存儲的試劑信息進(jìn)行匹配(步驟S120)。
[0131]然后，檢查先前存儲的試劑信息中是否存在與所輸入的樣本信息相匹配的試劑(步驟 SI 30)。
[0132]當(dāng)先前存儲的試劑信息中存在與所輸入的樣本信息相匹配的試劑時，把購買相應(yīng)試劑的信息傳輸?shù)皆噭╅_發(fā)者的終端1100 (步驟S140)。
[0133]當(dāng)先前存儲的試劑信息中不存在與所輸入的樣本信息相匹配的試劑時，把選擇開發(fā)者的信息傳輸?shù)蕉鄠€試劑開發(fā)者的終端1100，通過響應(yīng)于試劑開發(fā)者的終端1100的信息，來選擇相應(yīng)試劑的開發(fā)者(步驟SI50)。然后，試劑被開發(fā)(步驟S160)。
[0134]接下來，使用圖1至7所示的讀取器系統(tǒng)100和PCR模塊200檢測樣本(步驟S170)。在本發(fā)明的實施例中，提供包括試劑開發(fā)者供給的試劑的PCR模塊200。用戶提供的樣本被注入到包括試劑的PCR模塊200，然后，把PCR模塊200安裝在讀取器系統(tǒng)100中并且加以分析。在本發(fā)明的實施例中，讀取器系統(tǒng)100可以為小尺寸的，因此讀取器系統(tǒng)100可以與用戶終端1200—體形成。
[0135]接下來，檢測結(jié)果被傳輸?shù)街醒胩幚矸?wù)器1000和/或用戶終端1200(步驟S180)。
[0136]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的PCR模塊的立體圖。圖11是沿圖10的線Ι-Γ取得的橫截面視圖。圖10的PCR模塊與圖1至9所示的基本相同，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。為了便于說明，在圖10中省略了隔離壁和蓋。
[0137]參照圖10和11，PCR模塊包括光傳感器組件300、三維(3D)有機墊、隔離壁320、以及蓋350。在本發(fā)明的實施例中，3D有機墊是能夠三維地擴增樣本的包括有機材料的墊，并且可以包括水凝膠墊400、旋涂玻璃(SOG)墊等。
[0138]光傳感器組件300包括光傳感器陣列310、熒光濾光器313、第一溫度控制部件370、以及溫度傳感器360。光傳感器陣列310包括排列成陣列形式的多個光傳感器。例如，光傳感器陣列310可以包括多個光電二極管、多個薄膜晶體管等。
[0139]熒光濾光器313設(shè)置在光傳感器陣列310上以過濾外部光、光源生成的光等的噪聲，僅透射從樣本生成的熒光。
[0140]水凝膠墊400設(shè)置在光傳感器組件300上并且包括水凝膠。當(dāng)水凝膠與水混合時，水凝膠不融化或溶解，而是交聯(lián)成高分子聚合物鏈或聚合物鏈，從而維持3D結(jié)構(gòu)。水凝膠是親水材料，包括形成多個交聯(lián)體(cross-1 ink)的多個聚合物鏈。例如，水凝膠可以包括各種水凝膠，例如，聚乙烯雙丙烯酸酯(PEGDA)水凝膠、PMA水凝膠、聚二甲氨基丙烯酰胺(PDGPA)水凝膠、聚乙基卩惡卩坐啉(polyethyloxazoline)、娃水凝膠等。在本發(fā)明的實施例中，水凝膠墊400可以包括PEGDA水凝膠。
[0141]在本發(fā)明另一實施例中，3D有機墊可以包括使用旋涂玻璃(SOG)墊形成的墊(未示出)而非水凝膠墊400。
[0142]水凝膠墊400可以具有各種形狀，例如，圓柱碟形、四邊碟形、六邊碟形、六面體形、碗形、在其中心具有凹陷的柱形、凹透鏡形、凸透鏡形、壓紋(emboss ing)形等。
[0143]在本發(fā)明的實施例中，水凝膠墊400可以通過利用光掩模和紫外光的光構(gòu)圖形成。在本發(fā)明另一實施例中，可以在外部通過光工藝形成預(yù)備水凝膠墊(未示出)，然后把預(yù)備水凝膠墊引至光傳感器組件300上，從而水凝膠墊400可以被組合。例如，預(yù)備水凝膠墊(未示出)可以與流體一起流過在光傳感器組件300上的空間，從而水凝膠墊400可以順序地滴下。在本發(fā)明另一實施例中，可以使用諸如打印、可拆卸地組合等之類的各種方法。
[0144]水凝膠墊400包括引物(Primer)和DNA探針。引物是附連到與將要擴增的基因核苷酸序列相鄰的區(qū)域的小分子DNA，并且是用聚合酶擴增DNA時的起始DNA』ΝΑ探針為較短的DNA部分，其與預(yù)定DNA結(jié)合以檢測所述預(yù)定DNA。在本發(fā)明另一實施例中，可以使用DNA芯片代替水凝膠墊400。
[0145]在本發(fā)明的實施例中，PCR模塊可以包括多個水凝膠墊400，不同的引物可以設(shè)置在這些水凝膠墊400上。因此，可以檢測多個基因型。在本發(fā)明的實施例中，沿相同列設(shè)置相同的引物，當(dāng)列改變時，設(shè)置不同的引物。因此，可以對同一列中所檢測的多個數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以確保檢測結(jié)果的可信度。
[0146]另外，在傳統(tǒng)的多重檢測中，熒光的波長不同，因此光學(xué)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)可能復(fù)雜。然而，在本發(fā)明的實施例中，不同的引物設(shè)置在不同的水凝膠墊400上，所以盡管使用了單種熒光材料，也能夠執(zhí)行多重檢測，由此簡化了光傳感器組件300的結(jié)構(gòu)。
[0147]另外，傳統(tǒng)的陣列類型包括僅設(shè)置在其表面上的基因材料，所以基因擴增速度非常慢。然而，水凝膠墊400具有聚合物鏈的三維結(jié)構(gòu)，基因擴增也在水凝膠墊400中執(zhí)行，所以基因擴增速度非?？臁Ｒ虼?，可以由水凝膠墊400形成陣列，從而可以在各個位置處實時地執(zhí)行基因擴增。此外，熒光僅從水凝膠墊400生成，使得光量增加以增強信號強度，由此實現(xiàn)更靈敏的測試。
[0148]隔離壁320從光傳感器組件300的邊延伸以形成反應(yīng)容器340。隔離壁320可以包括諸如塑料、PDMS、硅、金屬等之類的各種材料。
[0149]蓋350覆蓋隔離壁320的上部分。入口352和出口354形成在蓋350中。樣本(未示)通過入口352引入到反應(yīng)容器340中，并且在反應(yīng)結(jié)束后樣本(未示出)可以通過出口354排放到外部。
[0150]圖12至15是示出制造圖10所示的PCR模塊的方法的橫截面視圖。
[0151]參照圖12，首先形成光傳感器組件300。在本發(fā)明的實施例中，在基礎(chǔ)襯底上形成光傳感器陣列310、溫度傳感器360、以及第一溫度控制部件370，并且在其上形成熒光濾光器313。例如，可以通過半導(dǎo)體工藝形成光傳感器陣列310、溫度傳感器360、以及第一溫度控制部件370。
[0152]參照圖13，接下來，把水凝膠400a和400b涂覆在光傳感器組件300上。通過掩模407曝光所涂覆的水凝膠400a和400b中的400a部分。
[0153]參照圖14，然后對所涂覆的水凝膠400a和400b進(jìn)行顯影以形成水凝膠墊400。
[0154]參照圖15，接下來，在其上形成有水凝膠墊400的光傳感器組件300上形成隔離壁320 和蓋350。
[0155]圖16是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。圖16的PCR模塊與圖10和11所示的基本相同，除了堤(bank)之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0156]參照圖16，PCR模塊包括光傳感器組件300、水凝膠墊401、隔離壁320、堤325、以及蓋350。
[0157]堤325設(shè)置在光傳感器組件300上，并且形成陣列形式的多個分開空間。堤325可以包括諸如無機絕緣材料、光致抗蝕劑、塑料、硅、金屬等之類的各種材料。
[0158]水凝膠墊401設(shè)置在光傳感器組件300上堤325所劃分的彼此相鄰的空間中。水凝膠墊401可以包括水凝膠。
[0159]隔離壁320從其上形成有堤325的光傳感器組件300的邊延伸以形成反應(yīng)容器340。隔離壁320可以包括諸如硅、塑料、橡膠、聚合物、金屬、陶瓷、PDMS、碳基材料等之類的各種材料。
[0160]圖17至22是示出制造圖16所示的PCR模塊的方法的橫截面視圖。
[0161]參照圖17，首先，形成光傳感器組件300。
[0162]參照圖18，然后在光傳感器組件300上形成堤325。在本發(fā)明的實施例中，可以用諸如光刻工藝、印工藝、納米加工工藝等之類的各種方法形成堤325。
[0163]參照圖19，把水凝膠滴401a滴入堤325形成的彼此相鄰的空間中。在本發(fā)明的實施例中，所滴入的水凝膠滴401’可以不固化并且可以具有流動性。
[0164]參照圖20和21，把紫外光(UV)490照射到所滴入的水凝膠滴401’上以形成水凝膠墊 401。
[0165]參照圖22，在其上形成有水凝膠墊401的光傳感器組件300上形成隔離壁320和蓋350。
[0166]圖23是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的使用PCR模塊進(jìn)行檢測的方法的橫截面視圖。圖23的PCR模塊與圖16所示的基本相同，除了樣本注入部件、隔離壁、堤、以及蓋之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0167]在本發(fā)明的實施例中，堤321的高度突出到大于水凝膠墊400高度，因此水凝膠墊400被容納在由堤321劃分的彼此相鄰的空間中。
[0168]隔離壁322從光傳感器組件300的邊突出，并且具有將與樣本注入部件326連接的開口偵U。
[0169]蓋352連接到隔離壁322的上表面。在本發(fā)明的實施例中，隔離壁322的高度突出到大于堤321的高度以在隔離壁322的上表面和堤321的上表面之間形成供樣本52a、52b、52c、以及52d和緩沖劑54通過的路徑。
[0170]緩沖劑54包括與樣本52a、52b、52c、以及52d具有低反應(yīng)性的流體。例如，緩沖劑54可以包括油、凝膠、純水等。緩沖劑54分隔樣本52a、52b、52c、以及52d，從而彼此相鄰的樣本52a、52b、52c、以及52d可以不被混合。
[0171]使用樣本注入部件326把樣本52a、52b、52c、以及52d注入到PCR模塊中的方法如下。
[0172]首先，把樣本52a、52b、52c、以及52d和緩沖劑54交替設(shè)置在樣本注入部件326中。
[0173]然后，當(dāng)向樣本注入部件326的一側(cè)施加壓力時，設(shè)置在樣本注入部件326中的第一樣本52a沿朝向隔離壁322的方向傳輸。
[0174]接下來，當(dāng)向樣本注入部件326的一側(cè)繼續(xù)施加壓力時，樣本注入部件326中的第一樣本52a穿過隔離壁322。穿過隔離壁322的第一樣本52a因靜負(fù)載而向下流動，并且落入形成在堤321和隔離壁322之間的空間中，從而覆蓋水凝膠墊400。
[0175]然后，當(dāng)向樣本注入部件326的一側(cè)繼續(xù)施加壓力時，設(shè)置在第一和第二樣本52a和52b之間的緩沖劑填充堤321和隔離壁322之間的空間。
[0176]接下來，當(dāng)向樣本注入部件326的一側(cè)繼續(xù)施加壓力時，第二樣本52b順序地穿過隔離壁322、隔離壁322和堤321之間的空間、以及與隔離壁322相鄰的堤321。
[0177]然后，當(dāng)向樣本注入部件326的一側(cè)繼續(xù)施加壓力時，第二樣本52b落入相鄰的堤321之間的空間中，從而覆蓋第二水凝膠墊400。
[0178]以相同方法，當(dāng)向樣本注入部件326的一側(cè)繼續(xù)施加壓力時，第二樣本52b、緩沖劑54、第三樣本52c、緩沖劑54、以及第四樣本52d順序地填充相鄰堤321形成的空間。
[0179]根據(jù)本發(fā)明的實施例，樣本52a、52b、52c、以及52d和緩沖劑54交替設(shè)置在樣本注入部件326中，從而可以通過向樣本注入部件326的一側(cè)施壓的簡單操作把樣本52a、52b、52c、以及52d順序地注入到多個水凝膠墊400上。
[0180]圖24是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的在使用PCR模塊進(jìn)行檢測的方法中使用的水凝膠墊的放大橫截面視圖。
[0181]參照圖10和24，待檢測的基因材料421滴在水凝膠墊400上。所滴的基因材料421在三個維度上均勻地分布在水凝膠墊400中。
[0182]在每個水凝膠墊400中通過引物在基因材料421中啟動基因擴增420。
[0183]在本發(fā)明的實施例中，基因材料421通過水凝膠墊400的聚合物鏈410而均勻滲透。透入水凝膠墊400的基因材料421中各個基因的基因擴增420由引物啟動。在本發(fā)明的實施例中，溫度控制部件調(diào)節(jié)水凝膠墊400的溫度以用于基因擴增420。
[0184]當(dāng)光源生成的光照射到附連于擴增的基因上的熒光材料上時，從熒光材料發(fā)射預(yù)定波長的焚光。
[0185]光傳感器陣列檢測從熒光材料發(fā)射的熒光，以檢測基因的存在。
[0186]圖25是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。圖25的PCR模塊與圖23所示的基本相同，除了導(dǎo)線311和371、鍵接部(bonding)311a和371a、光源331、光阻擋圖案332、樣本注入部件353、以及接口構(gòu)件390之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0187]參照圖25，PCR模塊包括光傳感器組件301、隔離壁321和322、導(dǎo)線311和371、鍵接部311a和371a、濾光器315、光源331、光阻擋圖案332、樣本注入部件353、蓋350、第一溫度控制部件370、以及接口構(gòu)件390。
[0188]光傳感器組件301包括光傳感器、溫度傳感器、驅(qū)動電路等。在本發(fā)明的實施例中，光傳感器組件301可以包括第一溫度控制部件。
[0189]隔離壁321和322從光傳感器組件301沿垂直方向突出以形成反應(yīng)空間241。在本發(fā)明的實施例中，隔離壁321和322可以包括設(shè)置在光傳感器組件301的邊上的隔離壁322以及設(shè)置在光傳感器組件301的中間部分上的隔離壁321。例如，設(shè)置在光傳感器組件301的邊上的隔離壁322的高度可以大于設(shè)置在光傳感器組件301的中間部分上的隔離壁321的高度。當(dāng)設(shè)置在光傳感器組件301的邊上的隔離壁322的高度大于設(shè)置在光傳感器組件301的中間部分上的隔離壁321的高度時，可以順序地注入多個樣本，如圖23所示。
[0190]濾光器315設(shè)置在隔離壁321和322與光傳感器組件301之間以去除噪聲并且僅透射從樣本生成的熒光(或者磷光)。
[0191]光源331把光照射到設(shè)置在反應(yīng)空間241中的樣本中。設(shè)置在樣本中的材料使用從光源331生成的光生成焚光或磷光。焚光或磷光穿過濾光器315從而施加到光傳感器組件301。
[0192]在本發(fā)明的實施例中，光源331設(shè)置在隔離壁321之下。例如，光阻擋圖案332設(shè)置在光源331之下以防止光源331生成的光直接施加到濾光器315。
[0193]反應(yīng)空間241的一側(cè)是開口的，使得樣本通過樣本注入部件353被注入。
[0194]在本發(fā)明的實施例中，第一溫度控制部件370形成在光傳感器組件301之下。在本發(fā)明另一實施例中，第一溫度控制部件370可以不同地設(shè)置在光傳感器組件301的上部分、蓋350的上部分、隔離壁321和322的側(cè)表面等上。
[0195]接口構(gòu)件390設(shè)置在光傳感器組件301之下以控制光傳感器組件301、光源331、第一溫度控制部件370。
[0196]導(dǎo)線311和371把接口構(gòu)件390電連接到光傳感器組件301、第一溫度控制部件370等。鍵接部311a和371a設(shè)置在導(dǎo)線311和371的端部以把導(dǎo)線311和371附連到接口構(gòu)件390、光傳感器組件301等。例如，鍵接部311a和371a可以包括焊接部。
[0197]蓋350界定反應(yīng)空間241的上部分，并且可以包括塑料、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、玻璃、娃、碳基材料、金剛石、金屬、高分子聚合物纖維等。
[0198]圖26是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。圖26的PCR模塊與圖25所示的基本相同，除了硅貫通孔(TSV)電極312以及連接部件312a和372a之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0199]參照圖26，PCR模塊包括光傳感器組件301、隔離壁321和322、TSV電極312、連接部件312a和372a、濾光器315、光源331、光阻擋圖案332、樣本注入部件353、蓋350、第一溫度控制部件370、以及接口構(gòu)件390。
[0200]TSV電極312穿過光傳感器組件301以電連接到設(shè)置在光傳感器組件301中的電極。
[0201]光傳感器組件301利用TSV電極312以及連接部件312a和372a電連接到接口構(gòu)件390。例如，設(shè)置在光傳感器組件301中的電極可以通過TSV電極312和連接部件312a電連接到接口構(gòu)件390。第一溫度控制部件370可以通過連接部件372a電連接到接口構(gòu)件390。
[0202]在本發(fā)明的實施例中，把接口構(gòu)件390組合到光傳感器組件301的方法如下。
[0203]首先，準(zhǔn)備其內(nèi)部包括電極的光傳感器組件301。
[0204]然后，從光傳感器組件301的下部形成通孔，以暴露設(shè)置在光傳感器組件301內(nèi)的電極的一部分。
[0205]接下來，在通孔中填充導(dǎo)電材料以形成TSV電極312。
[0206]然后，在光傳感器組件301下面形成連接部件312a和372a。例如，連接部件312a和372a可以包括各向異性導(dǎo)電膜、球和焊盤等。
[0207]接下來，從光傳感器組件301的下部分組合接口構(gòu)件390。
[0208]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以省去配置為把光傳感器組件301組合到接口構(gòu)件390的附加導(dǎo)線或焊接部，以減少缺陷并且提高強度以抵御外部沖擊。
[0209]圖27是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。圖27的PCR模塊與圖25所示的基本相同，除了光源331s和光阻擋圖案之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0210]參照圖27，光源331s設(shè)置在隔離壁321和322的中部以把光提供到反應(yīng)空間241中。在本發(fā)明的實施例中，可以省略光阻擋圖案332(圖25所示)。
[0211]圖28是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。圖28的PCR模塊與圖25所示的基本相同，除了光源331t和光阻擋圖案之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0212]參照圖28，光源331t設(shè)置在蓋350中以把光供給到反應(yīng)空間241中。在本發(fā)明的實施例中，可以省略光阻擋圖案332(圖25所示)。
[0213]圖29是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。圖29的PCR模塊與圖25所示的基本相同，除了光源331u之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0214]參照圖29，光源331u設(shè)置在光傳感器組件301上以把光供給到反應(yīng)空間241中。例如，光源331u可以設(shè)置在濾光器315的上表面上。
[0215]光阻擋圖案332u設(shè)置在光源331u之下。例如，光阻擋圖案332u可以設(shè)置在光源331u的下表面和濾光器315的上表面之間。
[0216]圖30是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的恒溫構(gòu)件的平面圖。圖31是沿圖30的線T-T’取得的橫截面視圖。圖30和31的PCR模塊與圖1至29所示的基本相同，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0217]參照圖30和31，讀取器系統(tǒng)包括多個恒溫構(gòu)件510、520、530、以及540和多個絕熱構(gòu)件505。
[0218]恒溫構(gòu)件510、520、530、以及540排列成直線并且維持與PCR周期的階段對應(yīng)的溫度。例如，恒溫構(gòu)件510、520、530、以及540可以排列成諸如直線形狀、網(wǎng)格形狀、曲線形狀、圓形形狀等之類的各種形狀。
[0219]在本發(fā)明的實施例中，第一恒溫構(gòu)件510對應(yīng)于PCR周期中的變性(denaturat1n)階段，并且維持大約92°C至大約95°C的溫度。第二恒溫構(gòu)件520對應(yīng)于PCR周期中的延伸階段，并且維持大約72°C至大約75°C的溫度。第三恒溫構(gòu)件530對應(yīng)于PCR周期中的退火階段，并且維持大約52°C至大約55°C的溫度。第四恒溫構(gòu)件540對應(yīng)于PCR周期中的冷卻和檢測階段，并且維持大約10°C至大約15°C的溫度。
[0220]絕熱構(gòu)件505設(shè)置在相鄰的恒溫構(gòu)件510、520、530、以及540之間以防止相鄰恒溫構(gòu)件510、520、530、以及540之間的熱交換。
[0221]在本發(fā)明的實施例中，每個恒溫構(gòu)件510包括多個恒溫部件512和514。例如，第一恒溫構(gòu)件510包括設(shè)置在PCR模塊200下的第一恒溫部件512和設(shè)置在PCR模塊200上的第二恒溫部件514。
[0222]PCR模塊200被第一導(dǎo)熱部件502和第二導(dǎo)熱部件504圍繞以與恒溫構(gòu)件510、520、530、以及540中的每個交換熱量。例如，PCR模塊200的下部可由第一導(dǎo)熱部件502圍繞，PCR模塊200的上部可由第二導(dǎo)熱部件504圍繞。
[0223]由第一導(dǎo)熱部件502和第二導(dǎo)熱部件504圍繞的PCR模塊200在與PCR周期的各階段對應(yīng)的恒溫構(gòu)件510、520、530、以及540之間傳輸，由此執(zhí)行PCR周期。
[0224]例如，柔性電路板395設(shè)置在第一導(dǎo)熱部件502和第二導(dǎo)熱部件504之間的空間中，從而可以通過柔性電路板395傳輸PCR模塊200的驅(qū)動信號、光感測信號、溫度信號等。
[0225]在本發(fā)明的實施例中，使用了配置為維持不同溫度的恒溫構(gòu)件510、520、530、以及540，然而，以上僅是示例，可以使用各種方法。在本發(fā)明另一實施例中，代替恒溫構(gòu)件，可以使用使用風(fēng)扇、空氣壓縮機等的空氣冷卻方法，通過諸如水、油等之類的流體進(jìn)行冷卻或加熱的方法，通過噴灑諸如水、酒精等之類的揮發(fā)性液體進(jìn)行冷卻的方法，或者使用諸如珀爾帖(Pe11 ier)元件等之類的熱電元件的方法。
[0226]圖32是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。圖32的PCR模塊與圖25所示的基本相同，除了第一熱導(dǎo)體502a、第二熱導(dǎo)體504a以及內(nèi)部熱導(dǎo)體503a之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0227]參照圖32，PCR模塊還包括第一熱導(dǎo)體502a、第二熱導(dǎo)體504a以及內(nèi)部熱導(dǎo)體503a。第一熱導(dǎo)體502a、第二熱導(dǎo)體504a以及內(nèi)部熱導(dǎo)體503a可以把熱量提供到PCR模塊或者向外散熱，從而控制PCR模塊的溫度。
[0228]在本發(fā)明的實施例中，第一熱導(dǎo)體502a設(shè)置在蓋350上以控制PCR模塊的上部溫度。第二熱導(dǎo)體504a設(shè)置在光傳感器組件301下面以控制PCR模塊的下部溫度。內(nèi)部熱導(dǎo)體503a設(shè)置在隔離壁322的外表面上以控制PCR模塊的中間部分的溫度。
[0229]在本發(fā)明另一實施例中，PCR模塊可以僅包括第一熱導(dǎo)體502a、第二熱導(dǎo)體504a以及內(nèi)部熱導(dǎo)體503a中的一個或兩個。
[0230]圖33是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。圖33的PCR模塊與圖32所示的基本相同，除了內(nèi)部熱導(dǎo)體503b之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0231]參照圖33，內(nèi)部熱導(dǎo)體503b的一部分設(shè)置在反應(yīng)空間241中，內(nèi)部熱導(dǎo)體503b的其余部分向反應(yīng)空間241外突出。例如，內(nèi)部熱導(dǎo)體503b的一部分設(shè)置在隔離壁322的內(nèi)表面上，內(nèi)部熱導(dǎo)體503b的其余部分穿過隔離壁322并且向反應(yīng)空間241外突出。
[0232]內(nèi)部熱導(dǎo)體503b可以包括金屬、金剛石、金屬氧化物等。例如，內(nèi)部熱導(dǎo)體503b可以包括金屬涂層、諸如銦錫氧化物(ITO)之類的透明金屬氧化物等。
[0233]在本發(fā)明另一實施例中，內(nèi)部熱導(dǎo)體503b可以設(shè)置在反應(yīng)空間241中的隔離壁321上。
[0234]圖34是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。圖34的PCR模塊與圖32所示的基本相同，除了導(dǎo)熱流體506之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0235]參照圖34，導(dǎo)熱流體506設(shè)置在隔離壁322的外表面上。導(dǎo)熱流體506冷卻或加熱隔離壁322的外側(cè)以控制反應(yīng)空間241的溫度。例如，導(dǎo)熱流體506可以通過栗(未示出)來循環(huán)。
[0236]圖35是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的PCR模塊的橫截面視圖。圖35的PCR模塊與圖32所示的基本相同，除了內(nèi)部熱導(dǎo)體503b和加熱部件375之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0237]參照圖35，內(nèi)部熱導(dǎo)體503b設(shè)置在PCR模塊的中間部分處，并且向反應(yīng)空間241夕卜突出。第一熱導(dǎo)體502a、第二熱導(dǎo)體504a、以及內(nèi)部熱導(dǎo)體503b把PCR模塊的熱量散至外部，從而降低了反應(yīng)空間241的溫度。
[0238]加熱部件375設(shè)置在反應(yīng)空間241中以提高反應(yīng)空間241的溫度。在本發(fā)明另一實施例中，加熱部件375可以設(shè)置在蓋350的上表面上、光傳感器組件301的下表面上等。
[0239]根據(jù)本發(fā)明的實施例，PCR模塊包括熱導(dǎo)體502a、503b、以及504a和加熱部件375以容易地控制反應(yīng)空間241的溫度。
[0240]圖36是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的光傳感器的平面圖。圖36的PCR模塊與圖25所示的基本相同，除了光傳感器之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0241 ] 參照圖36，光傳感器包括一個光傳感器單兀307和一個輸出電極307a。在本發(fā)明的實施例中，輸出電極307a對應(yīng)于光傳感器單元307，從而光傳感器單元307生成的光感測信號通過輸出電極307a輸出。
[0242]圖37是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光傳感器的平面圖。圖37的PCR模塊與圖36所示的基本相同，除了光傳感器之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0243]參照圖37，光傳感器包括兩個光傳感器單元307和一個輸出電極307a。在本發(fā)明的實施例中，輸出電極307a對應(yīng)于兩個光傳感器單元307，從而兩個光傳感器單元307生成的光感測信號被相加并且通過輸出電極307a輸出。
[0244]因此，對于照射到圖36所示的光傳感器上的同樣光量而言，感測靈敏度提高到兩倍。
[0245]圖38是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光傳感器的平面圖。圖38的PCR模塊與圖36所示的基本相同，除了光傳感器之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0246]參照圖38，光傳感器包括四個光傳感器單元307和一個輸出電極307a。在本發(fā)明的實施例中，輸出電極307a對應(yīng)于四個光傳感器單元307，從而四個光傳感器單元307生成的光感測信號被相加并且通過輸出電極307a輸出。
[0247]因此，對于照射到圖36所示的光傳感器上的同樣光量而言，感測靈敏度提高到四倍。
[0248]圖39是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光傳感器的平面圖。圖39的PCR模塊與圖36所示的基本相同，除了光傳感器之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0249]參照圖39，光傳感器包括八個光傳感器單元307、兩個輸出電極307a和307b、以及一條連接線307c。在本發(fā)明的實施例中，總輸出信號通過一條連接線307c以及兩個輸出電極307a和307b對應(yīng)到八個光傳感器單元307，從而八個光傳感器單元307生成的光感測信號被相加并且輸出為一個輸出信號。
[0250]因此，對于照射到圖36所示的光傳感器上的同樣光量而言，感測靈敏度提高到八倍。
[0251]圖40是示出通過組合圖36至39而制造的光傳感器陣列的平面圖。圖41是示出圖40所示的光傳感器陣列的輸出信號的曲線圖。
[0252]參照圖40和41，光傳感器陣列包括兩個第一光傳感器307_1、一個第二光傳感器307_2、一個第三光傳感器307_4、以及一個第四光傳感器307_8。
[0253]在本發(fā)明的實施例中，第一光傳感器307_1、第二光傳感器307_2、第三光傳感器307_4、以及第四光傳感器307_8分別與圖36至39所示的基本相同。
[0254]盡管照射同樣的光，但是從第一至第四光傳感器307_1、307_2、307_4、以及307_8輸出的信號是具有不同量的不同輸出信號。隨著包括在一個光傳感器307_1、307_2、307_4、以及307_8中的光傳感器單元的數(shù)目增加，光傳感器307_1、307_2、307_4、以及307_8的靈敏度也增加。
[0255]然而，當(dāng)光傳感器的靈敏度增加過多時，光傳感器的感測能力可能容易飽和。
[0256]如在本發(fā)明的實施例中描述的那樣，光傳感器陣列包括具有不同數(shù)目的光傳感器單元的多個光傳感器307_1、307_2、307_4、以及307_8，從而基于入射光的強度優(yōu)化感測能力。另外，通過從多個光傳感器307_1、307_2、307_4、以及307_8輸出的輸出信號，光傳感器陣列的精確度得到改善。
[0257]圖42是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的光傳感器組件的橫截面視圖。圖42的光傳感器組件與圖10至40所示的基本相同，除了光源驅(qū)動電路之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0258]參照圖10和42，光傳感器組件包括光傳感器陣列310、熒光濾光器313、第一溫度控制部件370、溫度傳感器360、以及光源驅(qū)動電路335。
[0259]光源驅(qū)動電路335基于讀取器系統(tǒng)100或接口構(gòu)件390(圖25所示)的控制而把驅(qū)動功率施加到光源331 (圖35所示)。
[0260]圖43是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光傳感器組件的橫截面視圖。圖43的光傳感器組件與圖42所示的基本相同，除了驅(qū)動電路部件之外，因此將省略對有關(guān)上述元件的任何重復(fù)說明。
[0261]參照圖10和43，光傳感器組件包括光傳感器陣列310、熒光濾光器313、第一溫度控制部件370、溫度傳感器360、以及驅(qū)動電路部件337。
[0262]驅(qū)動電路部件337基于讀取器系統(tǒng)100或接口構(gòu)件390(圖25所示)的控制而把驅(qū)動功率施加到光源331(圖35所示)或者控制光傳感器組件的信號輸入/輸出。
[0263]根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)部件嵌入在PCR模塊中，并且PCR模塊按可拆卸模塊的形式制造。因此，讀取器系統(tǒng)的大小明顯減小。另外，PCR模塊和讀取器系統(tǒng)的大小明顯減小，制造成本降低。
[0264]另外，即使移動讀取器系統(tǒng)，也不需要重新設(shè)置、校準(zhǔn)等。因此，大大提高了可移動性，從而能夠進(jìn)行現(xiàn)場檢測。特別地，在諸如流行病、災(zāi)害識別等之類的緊急情況下，可以迅速弓I入PCR系統(tǒng)，從而可以減小損害。
[0265]另外，試劑可以嵌入到PCR模塊中，從而可以省略設(shè)置試劑的附加過程。因此，明顯減少了污染，并且可以省略準(zhǔn)備檢測的附加過程。
[0266]另外，通過因特網(wǎng)等把信息傳輸?shù)酵饨缈梢允强尚械?，因此各種客戶和多個試劑開發(fā)者可以建立諸如應(yīng)用商店或市場之類的系統(tǒng)。于是，可以交換試劑和信息。
[0267]另外，PCR模塊包括多個水凝膠墊，不同的引物設(shè)置在水凝膠中。因此，可以檢測多個基因型。
[0268]另外，在傳統(tǒng)的多重檢測方法中，由于使用了不同波長的熒光，所以光學(xué)部件具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。然而，在本發(fā)明的實施例中，不同的引物設(shè)置在水凝膠墊中，所以即使使用了單種熒光材料，也可以執(zhí)行多重檢測。因此，光傳感器組件具有簡單的結(jié)構(gòu)。
[0269]另外，樣本和緩沖劑交替設(shè)置在樣本注入部件中，所以通過從樣本注入部件的一側(cè)加壓的簡單操作，就可以把樣本注入到多個水凝膠墊中。
[0270]另外，在傳統(tǒng)的陣列方法中，由于基因材料僅設(shè)置在墊的表面上，所以基因擴增速度非常慢。然而，水凝膠墊具有聚合物鏈的3D結(jié)構(gòu)，所以在水凝膠墊的表面上以及在水凝膠墊中都執(zhí)行基因擴增。于是，基因擴增速度非?？?。因此，一個陣列可以由多個水凝膠墊形成，使得基因擴增可以在多個位置實時地執(zhí)行。此外，熒光僅從水凝膠墊生成，使得光量增加以增大信號強度，從而實現(xiàn)更靈敏的測試。
[0271 ]另外，PCR模塊包括熱導(dǎo)體和加熱部件，因此能夠容易地調(diào)節(jié)反應(yīng)空間的溫度。
[0272]此外，PCR模塊可以包括多個具有不同數(shù)目的光傳感器單元的光傳感器，因此能夠基于光強度優(yōu)化檢測。于是，利用從多個光傳感器輸出的信號，提高了精確度。
[0273]另外，光傳感器組件可以包括光驅(qū)動部件或驅(qū)動電路部件，從而能夠大大減小PCR系統(tǒng)的大小。
[0274]本發(fā)明具有產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性，例如，擴增和檢測基因材料、防止災(zāi)難、醫(yī)療用途、家畜、獸醫(yī)醫(yī)療護(hù)理等。
[0275]以上是各示例實施例的示范，而不應(yīng)理解為對其的限制。盡管已經(jīng)描述了若干示例實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易意識到，在不實質(zhì)上背離本發(fā)明概念的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點的情況下，在示例實施例中許多修改是可行的。因此，所有這樣的修改旨在被包括在權(quán)利要求所定義的本發(fā)明概念的范圍內(nèi)。因此應(yīng)理解，以上是各種示例實施例的示范，而不應(yīng)理解為對這里公開的特定示例實施例的限制，對所公開的示例實施例以及其它示例實施例的修改旨在被包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)PCR模塊，其與讀取器系統(tǒng)可拆卸地組合，所述讀取器系統(tǒng)包括中央處理單元CPU、存儲器、以及接口，所述CPU接收光感測信號以實時計算基因擴增量，并且基于溫度信號和溫度控制信息生成溫度控制信號，所述存儲器連接到所述CPU以存儲所述基因擴增量和所述溫度控制信息，所述接口連接到所述CPU以把從所述CPU接收到的基因擴增量實時傳輸?shù)酵獠炕蛘甙淹獠枯斎胄盘枒?yīng)用到所述CPU，所述PCR模塊包括: 光傳感器組件，其包括: 多個光傳感器，排列成陣列形式以感測從樣本生成的發(fā)射光，從而生成光感測信號；以及 溫度傳感器，其感測溫度以輸出所述溫度信號； 隔離壁，其從所述光傳感器組件突出以界定其中容納所述樣本的反應(yīng)空間；以及接口模塊，其電連接到所述光傳感器組件以把所述光感測信號和所述溫度信號傳輸?shù)剿鲎x取器系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCR模塊，還包括: 光源，其向所述反應(yīng)空間提供光； 濾光器，其設(shè)置在所述光傳感器組件上以透射所述發(fā)射光；以及 蓋，其界定所述反應(yīng)空間的上部并且包括不透明材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCR模塊，其中，所述讀取器系統(tǒng)還包括向所述反應(yīng)空間提供光的光源，所述PCR模塊還包括界定所述反應(yīng)空間的上部并且包括透明材料的蓋。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCR模塊，其中，所述讀取器系統(tǒng)還包括接收所述溫度控制信號以調(diào)節(jié)所述反應(yīng)空間的溫度的溫度控制模塊。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCR模塊，還包括接收所述溫度控制信號以調(diào)節(jié)所述反應(yīng)空間的溫度的溫度控制部件，其中所述接口模塊接收所述溫度控制信號并且把所接收到的溫度控制信號施加到所述溫度控制部件。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PCR模塊，其中，所述讀取器系統(tǒng)還包括: 熱導(dǎo)體，其圍繞所述PCR模塊；以及 恒溫構(gòu)件，其維持恒定溫度并且與所述熱導(dǎo)體交換熱量。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PCR模塊，其中，所述PCR模塊還包括接收所述溫度控制信號以把所述反應(yīng)空間中的熱量傳輸?shù)酵獠康臒釋?dǎo)體。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PCR模塊，其中，所述PCR模塊還包括接收所述溫度控制信號以提高所述反應(yīng)空間的溫度的加熱部件。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCR模塊，其中，所述光傳感器的一個輸出電極連接到多個光傳感器單元。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的PCR模塊，其中，所述光傳感器組件還包括光傳感器陣列，所述光傳感器陣列包括具有不同數(shù)目的光傳感器單元的多個光傳感器。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCR模塊，其中，所述讀取器系統(tǒng)與多個PCR模塊可拆卸地組入口 ο12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCR模塊，還包括設(shè)置在所述光傳感器組件上的三維3D有機墊，所述3D有機墊包括: 親水材料，當(dāng)與水混合時不融化或溶解，而是通過高分子聚合物鏈或聚合物鏈交聯(lián)以形成3D結(jié)構(gòu)；以及 引物，其為附連到與將被擴增的基因核苷酸序列相鄰的區(qū)域的小分子DNA，并且是聚合酶擴增DNA時的起始DNA。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的PCR模塊，其中，所述3D有機墊包括水凝膠墊或旋涂玻璃SOG墊。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCR模塊，其中，所述光傳感器組件通過導(dǎo)線鍵接電連接到所述接口模塊。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCR模塊，其中，所述光傳感器組件通過硅貫通孔TSV電連接到所述接口模塊。16.—種PCR系統(tǒng)，包括: 讀取器系統(tǒng)，包括: 中央處理單元CPU，其接收光感測信號以實時計算基因擴增量，并且基于溫度信號和溫度控制信息生成溫度控制信號； 存儲器，其連接到所述CRJ以存儲所述基因擴增量和所述溫度控制信息；以及接口，其連接到所述CHJ以實時地把從所述CPU接收到的所述基因擴增量傳輸?shù)酵獠炕蛘甙淹獠枯斎胄盘枒?yīng)用到所述CPU;以及 PCR模塊，其與所述讀取器系統(tǒng)可拆卸地組合，所述PCR模塊包括: 光傳感器組件，其包括溫度傳感器和多個光傳感器，所述多個光傳感器布置成陣列形式以感測樣本生成的發(fā)射光，從而生成所述光感測信號，所述溫度傳感器感測溫度以輸出所述溫度信號； 隔離壁，其從所述光傳感器組件突出以界定其中容納所述樣本的反應(yīng)空間；以及接口模塊，其電連接到所述光傳感器組件以把所述光感測信號和所述溫度信號傳輸?shù)剿鲎x取器系統(tǒng)。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的PCR系統(tǒng)，其中，所述讀取器系統(tǒng)還包括利用所述溫度控制信號降低所述PCR模塊的溫度的第二溫度控制模塊，所述PCR模塊還包括利用所述溫度控制信號提高所述PCR模塊的溫度的第一溫度控制部件。18.一種使用PCR系統(tǒng)進(jìn)行檢測的方法，所述PCR系統(tǒng)包括: 讀取器系統(tǒng)，包括: 中央處理單元CPU，其接收光感測信號以實時計算基因擴增量，并且基于溫度信號和溫度控制信息生成溫度控制信號； 存儲器，其連接到所述CRJ以存儲所述基因擴增量和所述溫度控制信息；以及接口，其連接到所述CHJ以實時地把從所述CPU接收到的基因擴增量傳輸?shù)酵獠炕蛘甙淹獠枯斎胄盘枒?yīng)用到所述CPU;以及PCR模塊，其與所述讀取器系統(tǒng)可拆卸地組合，所述PCR豐吳塊包括: 光傳感器組件，其包括溫度傳感器和多個光傳感器，所述多個光傳感器布置成陣列形式以感測從樣本生成的發(fā)射光，從而生成所述光感測信號，所述溫度傳感器感測溫度以輸出所述溫度信號； 隔離壁，其從所述光傳感器組件突出以界定其中容納所述樣本的反應(yīng)空間；以及 接口模塊，其電連接到所述光傳感器組件以把所述光感測信號和所述溫度信號傳輸?shù)剿鲎x取器系統(tǒng)， 所述使用PCR系統(tǒng)進(jìn)行檢測的方法包括: 輸入樣本信息； 將所述樣本信息與試劑信息相匹配； 制造包括與所述試劑信息相匹配的試劑的PCR模塊；以及 將樣本注入到所述PCR模塊以將所述PCR模塊安裝到所述讀取器系統(tǒng)中，從而檢測所述樣本。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，將所述樣本信息與試劑信息相匹配包含檢索先前存儲的試劑信息以確定與所述樣本信息相匹配的試劑的存在。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括: 當(dāng)在先前存儲的試劑信息中不存在與所述樣本信息相匹配的試劑時，將試劑信息傳輸?shù)蕉鄠€試劑開發(fā)者的終端；以及 通過從所述試劑開發(fā)者的終端響應(yīng)的信息選擇所述試劑的開發(fā)者以開發(fā)所述試劑。21.—種聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)PCR模塊，包括權(quán)利要求1至15中的任意一個技術(shù)特征或者技術(shù)特征的任意組合。22.—種PCR系統(tǒng)，包括權(quán)利要求16至17中的任意一個技術(shù)特征或者技術(shù)特征的任意組入口 ο23.—種使用PCR系統(tǒng)進(jìn)行檢測的方法，包括權(quán)利要求18至20中的任意一個技術(shù)特征或者技術(shù)特征的任意組合。
【文檔編號】C12M1/36GK105985905SQ201610209959
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月16日
【發(fā)明人】李道永, 全寅均, 崔安植, 崔庚鶴
【申請人】光行科技株式會社