本发明涉及一种pcr装置和方法，更具体地，涉及一种利用离心力的数字pcr装置和方法。
背景技术：
聚合酶链反应(polymerasechainreaction，pcr)是反复加热和冷却包含核酸的样品溶液以连续性地复制具有核酸的特定碱基序列的部位，从而以几何级数地放大具有该特定碱基序列部位的核酸的技术，具体地，可以通过变性(denaturation)、结合(annealing)以及延伸(extension)等一系列温度酶反应步骤进行。
在作为第一步骤的变性步骤中，两条dna加热而分离。分离的各个dna起到模板(template)的作用。
在作为第二步骤的结合步骤中，引物(primer)结合在模板dna。结合步骤中的温度是决定反应的准确性的重要因素，当温度过高时，引物与模板dna的结合过于弱，从而使放大的dna的产物变得非常少。另外，当温度过低时，引物与模板dna非特异性结合，因此可能会放大不期望的dna。
在作为第三步骤的延伸步骤中，耐热的dna聚合酶在模板dna生成新的dna。
另一方面，通过如上所述的核酸放大的诊断或特定基因的搜索方法，由于一次只能搜索一个模板而受到限制。在需要放大多个模板的情况下，每一次放大一个模板是繁琐且耗时的任务。例如，即使在同一患者身上出现相同的症状，其发病原因也经常是由多种传染性病原体引起的，因此，需要单独诊断各种病原体。另外，已知癌症或遗传性缺陷等，是由多个基因的综合性变异引起。
基因多态性(polymorphism)或突变(mutation)是由各种基因的位点(loci)变化而引起的，因此，需要额外进行对接合子(zygote)的检查。在一般环境下，可以从限量的试料中提取的核酸的量是有限的，因此，可能会经常发生使用有限量的核酸使得无法进行通过核酸放大的反复诊断的情况。
近年来，出现了作为先进的第三代pcr方法的数字pcr技术，从而能够进行更准确的检查。然而，为了进行试验，当前的数字pcr装置需要使用多种设备或者制造昂贵的微孔芯片(microwellchip)等，并且由于在准备过程中存在很多繁琐或敏感的部分，因此在扩大数字pcr的基础时存在局限性。另外，复杂的步骤和方法会增加试验设备的成本，因此，这成为了引进数字pcr的主要障碍。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
用于解决如上问题的本发明的目的在于提供一种利用离心力的数字pcr装置和方法，其可以在一个设备中以低成本简单地进行安装试料和处理并分析pcr的过程。
(二)技术方案
用于实现如上的目的的本发明的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，包括：样品盘，安装形成有微孔(microwell)的微孔膜；门部，在旋转所述样品盘的同时，投入试料，并且控制通过离心力划分到微孔的试料的温度，以进行pcr过程；以及扫描头部，在所述pcr过程中旋转放大在微孔的试料并读取荧光(florescence)信号。
本发明的特征在于，所述样品盘包括：圆筒，安装所述微孔膜；圆筒形分配筒，以预定间隔形成有沟，以使试料能够通过离心力均匀散开在所述圆筒内部；以及盖部，覆盖所述圆筒。
本发明的特征在于，所述微孔膜安装在圆筒内壁。
本发明的特征在于，所述圆筒和微孔膜由透明塑料或聚合物形成。
本发明的特征在于，当旋转划分到所述微孔的试料时，在混合有试验物质和油成分的试料中，比重高的试验物质部分移动到外围，比重低的油成分移动到中心侧，从而使微孔被自动密封。
本发明的特征在于，所述门部包括：加热器，调节空气的温度；风扇，移动所述空气；以及温度传感器，测量所述空气温度。
本发明的特征在于，在所述门部的下部末端还包括突出部，所述突出部靠近样品盘的孔并喷射空气。
本发明的特征在于，所述突出部包括喷射空气的喷嘴。
本发明的特征在于，所述门部通过铰链上下移动，并且被固定在支架的上部。
本发明的特征在于，所述铰链与支架结合，所述支架固定在升降机的上部。
本发明的特征在于，所述扫描头部包括发光部和收光部，并且独立设置有1～10个所述扫描头部以生成二维图像和数据映射。
本发明的特征在于，还包括升降机，所述升降机在所述pcr过程中将放大在微孔中的试料上下移动。
本发明的特征在于，所述升降机将固定有旋转部的支撑部上下移动，所述旋转部旋转样品盘。
本发明的特征在于，所述旋转部包括：安装部，固定所述样品盘；电机，旋转所述安装部；以及编码器，控制所述安装部的旋转速度。
本发明的特征在于，还包括：第一底座，在上部一侧固定有所述升降机；第二底座，安装有所述扫描头部；以及支撑柱，固定在所述第一底座的上部另一侧以支撑所述第二底座。
另外，本发明的利用离心力的数字pcr方法，其特征在于，包括以下步骤：将样品盘安装在安装部，然后利用电机旋转所述样品盘；将试料投入到旋转的所述样品盘，并且通过离心力将所述试料划分到安装在样品盘的内侧壁的微孔膜的微孔(microwell)中；通过门部对所述被划分的试料进行pcr过程以进行放大；以及将所述放大的试料旋转并上下移动的同时，通过扫描头部读取试料的荧光(fluorescence)信号。
本发明的特征在于，还包括通过所述扫描头部读取试料的荧光信号以生成二维图像和数据映射的步骤。
(三)有益效果
如上所述，根据本发明，可以使用一个设备执行数字pcr的整个过程，从而可以消除将试料移动到各设备的繁琐过程，并且由于利用离心力执行自动划分，因此具有不经过繁琐的试料准备过程的优点。
此外，根据本发明，系统的整个结构会变得非常简单，因此，设备自身的成本具有极好的价格竞争力，并且，由于使用聚合物(polymer)压印工艺可大量生产易耗件，因此可以显著降低对传统的高价的易耗件的价格负担。
另外，根据本发明，可以根据所需的灵敏度或精度，通过调节旋转圆筒的尺寸和微孔的尺寸来自由调节微孔的数量，因此，可以自由改变从高速系统到高精度装置的装置。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施例的利用离心力的数字pcr装置的立体图。
图2是示出本发明的一个实施例的利用离心力的数字pcr装置的截面图。
图3是示出本发明的一个实施例的样品盘的立体图。
图4是示出本发明的一个实施例的扫描头部的截面图。
图5是示出本发明的一个实施例的旋转部的立体图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明，以使本发明所属技术领域的普通技术人员能够容易实施。但是，本发明可以以各种不同的方式实现，并不限定于在此说明的实施例。并且，为了清楚地说明本发明，附图中省略了与说明无关的部分。
下面，对根据本发明的一个实施例的利用离心力的数字pcr装置进行说明。
图1是示出本发明的一个实施例的利用离心力的数字pcr装置的立体图，图2是示出本发明的一个实施例的利用离心力的数字pcr装置的截面图，图3是示出本发明的一个实施例的样品盘的立体图，图4是示出本发明的一个实施例的扫描头部的截面图，图5是示出本发明的一个实施例的旋转部的立体图。
参照图1至图5，根据本发明的利用离心力的数字pcr装置包括：样品盘80，具有微孔(microwell)；门部50，对所述微孔的试料进行加热，以进行pcr过程；扫描头部60，在所述pcr过程中旋转放大在微孔的试料并读取荧光(florescence)信号。
所述样品盘80包括：圆筒81；圆筒形分配筒82，在离中央预定距离处以预定间隔形成有多个沟83，以使试料能够通过离心力均匀散开在所述圆筒81内部；微孔膜84，安装在所述圆筒81内壁，并且形成有微孔；以及盖部85，覆盖所述圆筒81。
所述圆筒81和微孔膜84可以由透明塑料或聚合物(polymer)材料形成，以能够照射光源并检测发射的光。其中，所述微孔膜84是可以利用压印工艺形成各种尺寸的微孔的柔性膜。
在将所述样品盘80安装到安装部91之后，在利用电机93进行旋转的同时，通过位于样品盘80的盖部85中心的孔86投入准备的试料，从而将试料通过离心力划分到微孔膜84的微孔(microwell)中。此时，随着进行旋转，在混合了试验物质和油成分的试料中，比重高的试验物质部分移动到外围，比重低的油成分移动到中心侧，从而使各微孔被自动密封(seal)。
所述门部50在内部包括：加热器，调节空气的温度；风扇，移动所述空气；以及温度传感器，测量所述空气温度。此时，形成比例—积分—微分(pid)控制以使所述空气温度跟随目标温度的设置，从而可以控制样品盘80内的温度。
在所述门部50的下部末端设有突出部51，所述突出部51在内部包括靠近样品盘80的孔86而喷射空气的喷嘴。
此外，所述门部50通过铰链52上下移动，并且被固定在“l”形状的支架53的上部。此时，所述支架53固定在升降机40的上部，所述铰链52与支架53结合。
将所述突出部51靠近样品盘80的孔86后，在旋转划分到各微孔的试料的同时，根据设置的温度喷射空气，便会开始进行pcr过程。此时，在划分的试料被限制的各微孔中发生基因放大。
所述扫描头部60包括发光部61和收光部66，在pcr过程中，所述扫描头部60在旋转在微孔中放大的试料(基因)，并且利用升降机40将其缓慢地上下移动的同时，读取试料的荧光(florescence)信号。
其中，独立设置1～10个所述扫描头部60，并且读取试料的荧光信号以生成1～10个二维图像和数据映射，优选地，为了同时获取最多5种荧光波长，设置5个独立的扫描头部60，并且在各扫描头部60中读取目标基因是否出现在各微孔中，从而生成5个二维图像和数据映射。
例如，假设设置在所述样品盘80的内壁表面的微孔膜84中存在2百万个(500行×4000列)微孔，则读取的结果生成可显示总共2百万个微孔的5通道的图像。在本实施例中，可以提取对总共1千万个(500行×4000列×5个通道)微孔的信息，并且可以根据圆筒81的直径、孔的尺寸，形成各种数量的微孔。
其中，所述发光部61包括：光源62、准直器63、带通滤波器64、反射镜65、分光(dichronic)镜71、聚焦透镜70，收光部66包括：光电二极管67、聚光透镜68、带通滤波器69、分光镜71、聚焦透镜70。其中，所述发光部11和所述收光部16是在本申请之前已通过各种方式公开并实施的传统的技术，因此，省略对其的详细说明。
所述升降机40将固定有旋转部90的支撑部41上下移动，所述旋转部90旋转样品盘80。其中，所述旋转部90包括：安装部91，固定样品盘80；电机93，旋转所述安装部91；以及编码器92，控制所述安装部91的旋转速度。
在本发明中，将升降机40固定在第一底座10的上部一侧，在所述第一底座10的上部另一侧设置有4个支撑柱30，以能够支撑安装有1～10个独立的扫描头部60的第二底座20。
下面，对根据本发明的利用离心力的数字pcr方法进行说明。
首先，将样品盘80安装到安装部91，然后利用电机93将其旋转。
接着，通过位于覆盖所述样品盘80的圆筒的盖部85中心的孔86投入准备的试料，从而试料在离心力的作用下被划分(partitioning)到安装在样品盘80的内壁的微孔膜84的微孔中。此时，随着进行旋转，在混合有试验物质和油成分的试料中，比重高的试验物质部分移动到外围，比重低的油成分移动到中心侧，从而使各微孔被自动密封(seal)。
接着，根据通过可进行温度控制的门部50来设置的温度变化结构进行pcr过程，以将划分的试料在有限的微孔中放大。其中，在pcr进行过程中，将门部50的突出部51靠近样品盘80的孔86，然后喷射可控制温度的空气，被划分的试料即可在有限的微孔中发生基因放大。
然后，继续旋转放大的试料(基因)，并且在通过升降机40将支撑部41缓慢地上下移动的同时，通过扫描头部60读取试料的荧光(fluorescence)信号。此时，各基因已预先经过处理以能够通过荧光读取信号。在此过程中，通过照射(excitation)最多5种波长的光且可读取发射的光(emission)的5个独立的扫描头部60来读取各微孔中是否出现目标基因，以生成5个二维图像和数据映射。
在传统的方式中，pcr反应处理器与结果分析仪被分割，使得无法测量各温度周期的变化，但是，在本发明中，在pcr反应处理周期中，也可以继续旋转并测量结果。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但是，本发明的权利范围并不限定于此，本技术领域的普通技术人员利用权利要求书中定义的本发明的基本概念来进行的各种变更和改良方式均包含在本发明的权利范围内。
1.一种利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，包括：
样品盘，安装形成有微孔的微孔膜；
门部，在旋转所述样品盘的同时，投入试料，并且控制通过离心力划分到微孔的试料的温度，以进行pcr过程；以及
扫描头部，在所述pcr过程中旋转在微孔中放大的试料并读取荧光信号。
2.根据权利要求1所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，
所述样品盘包括：
圆筒，安装所述微孔膜；
圆筒形分配筒，以预定间隔形成有沟，以使试料能够通过离心力均匀散开在所述圆筒内部；以及
盖部，覆盖所述圆筒。
3.根据权利要求2所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，
所述微孔膜安装在圆筒内壁。
4.根据权利要求2所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，
所述圆筒和所述微孔膜由透明塑料或聚合物形成。
5.根据权利要求1所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，
当旋转划分到所述微孔的试料时，在混合有试验物质和油成分的试料中，比重高的试验物质部分移动到外围，比重低的油成分移动到中心侧，从而使微孔被自动密封。
6.根据权利要求1所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，
所述门部包括：
加热器，调节空气的温度；
风扇，移动所述空气；以及
温度传感器，测量所述空气温度。
7.根据权利要求6所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，
在所述门部的下部末端还包括突出部，所述突出部靠近样品盘的孔并喷射空气。
8.根据权利要求7所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，
所述突出部包括喷射空气的喷嘴。
9.根据权利要求6所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，
所述门部通过铰链上下移动，并且被固定在支架的上部。
10.根据权利要求9所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，
所述铰链与支架结合，所述支架固定在升降机的上部。
11.根据权利要求1所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，
所述扫描头部包括发光部和收光部，并且独立设置有1～10个所述扫描头部以生成二维图像和数据映射。
12.根据权利要求1所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，还包括：
升降机，所述升降机在所述pcr过程中将放大在微孔中的试料上下移动。
13.根据权利要求12所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，
所述升降机将固定有旋转部的支撑部上下移动，所述旋转部旋转样品盘。
14.根据权利要求13所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，
所述旋转部包括：
安装部，固定所述样品盘；
电机，旋转所述安装部；以及
编码器，控制所述安装部的旋转速度。
15.根据权利要求12所述的利用离心力的数字pcr装置，其特征在于，还包括：
第一底座，在上部一侧固定有所述升降机；
第二底座，安装有所述扫描头部；以及
支撑柱，固定在所述第一底座的上部另一侧以支撑所述第二底座。
16.一种利用离心力的数字pcr方法，其特征在于，包括以下步骤：
将样品盘安装在安装部，然后利用电机旋转所述样品盘；
将试料投入到旋转的所述样品盘，并且通过离心力将所述试料划分到安装在样品盘的内侧壁的微孔膜的微孔中；
通过门部对所述被划分的试料进行pcr过程以进行放大；以及
将放大的所述试料旋转并上下移动的同时，通过扫描头部读取试料的荧光信号。
17.根据权利要求16所述的利用离心力的数字pcr方法，其特征在于，还包括：
通过所述扫描头部读取试料的荧光信号以生成二维图像和数据映射的步骤。
技术总结