微孔板的製作方法

2023-04-28 16:22:01 1

專利名稱：微孔板的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於通過溫度控制的化學或生化反應的領域，特別是一種微孔板。
背景技術：
許多應用科學如分子生物學，遺傳病診斷，法醫，食品科學等當中，只有少量的DNA可供分析，直接檢測非常困難。聚合酶鏈反應(PCR)能夠從微量DNA樣本中生產出大量可用於測序和基因分型的複製DNA 片段，使DNA檢測成為可能，從而使之成為非常有價值的技術。在PCR過程中，試劑通過溫度循環在每個周期中對原始DNA片段進行複製倍增。每個溫度周期通常由三步構成(1)變性Γ95° C);(2)退火Γ50° C);(3)擴展/延伸Γ70。C)。有兩個重要的因素對PCR檢測來說非常關鍵一是置放在微孔板中的樣品能快速達到其溫度設定點以便在較短的時間內能完成整個測試；二是對於每個溫度設定點，反應模塊保持微孔陣列所有微孔反應溫度的均勻度。在篩選實驗，統計分析，或大型檢測項目實施過程中，在相似的試驗條件下能同時處理許多樣品最為理想。最常見的PCR樣品盤(微孔板)的構造是帶有一個硬實的、以二維型式開有許多微孔的頂吊框架，通常包括12x8 (共96孔)格式，24x16 (共384孔)格式。如美國專利No. 6015534(拍金一埃默爾公司Perkin-Elmer,埃特悟Atwood)所述，微孔設計通常是錐形的(圖8A — B)，便於從溫度控制模快中壓入和取出。溫度控制模快中的勻熱模塊有相匹配的加工成的錐形空腔。溫度控制模快底面通常包括一個控制加熱和冷卻的電熱模塊，或者通過加熱或冷卻液流通於靠近底部加工成型的通道，從而實現溫度控制的目的。這樣的溫度控制模快設計上相當複雜和昂貴，為了達到所要求的均勻加熱/冷卻條件，微孔板必須具有錐形孔以使之與空腔的幾何形狀完全匹配。其它不足還包括通向樣品的傳熱要需要較長一段時間，因為它必須從熱源底部上行一段距離才能到達微孔的頂部部位；由於微孔底部達到溫度設定點要比頂部早，導致了樣品溶液從上至下有不同的加熱/冷卻的歷史。從光學性能的角度來看，這樣的設計結構也遠遠欠佳，因為激勵光和發射螢光都必須穿過整個微孔的深度，這會明顯導致光強衰減。對這樣的設計方案近年已經有了一些改進。美國專利申請No. 2010/0055743 Al(博奧瑞實驗室Bio-Rad Laboratories, Inc.,班i內紀Baner ji)所提出的一個範例是，對溫度控制模快進行改進並通過減少其體積來改善反應時間。這樣的小改進使熱單元的設計和製造更加複雜，從而造成額外成本。而且這還不能解決微孔在不同深度加熱和冷卻不均勻的問題。市場上產品的另一種設計方案是使用玻璃毛細試劑管。裝有樣品溶液的細長玻璃管置於環形的溫度控制模塊裡面，通過具有溫度可控的空氣把對流加熱/冷卻空氣流吹入到該玻璃管環型陣列中，以實現溫控條件。為了獲得良好的傳熱效果，這種玻璃管必須非常薄，這就使得它相當脆弱易碎；出於其同樣考慮，玻璃管橫截面必須儘量小，使得它難以注入樣品溶液並影響均勻度。此外，這種設計在提升生產規模、加大樣品數量時都有一定困難。為了進一步提高PCR熱模塊的性能，也有人提出了一些其它解決方法。例如，美國專利No. 5459300 (卡斯曼Kasman)所介紹一種方案是在微孔板和溫控表面之間加上一層導熱兼容層，用以適應不同微孔板底部的幾何形狀(扁平形、U形、V形)。這種兼容層即使添加了導熱填料，與鋁，銅金屬相比，通常熱性能也很差，它也引進了額外的熱界面，所有這些因素都將導致系統熱響應時間慢。此外，在垂直負荷壓力作用下，傳熱對兼容層的厚度變化非常敏感，在這種環境下很難控制這個參數，這將導致微孔之間加熱不均勻和響應時間不一致。此外，大多數微孔板產品都未對微孔底部傳熱進行優化，這有可能進一步惡化系統的熱性能。美國專利No. 7074368 (魯爾茨Lurz等)所介紹的另一種方法是使用一個與樣品單 元相接的靜態微孔板，讓數個恆溫單元(設定在不同的溫度)與其底面相接觸。如何使接觸面實現有效的熱接觸從而達到最佳化(低接觸熱阻、整個表面上均勻性)顯然是一個挑戰。這種解決方案仍然存在傳統設計那樣的熱響應慢、均勻性差的問題。還有一些其它平底結構型式的微孔板，例如美國專利No. 6232114 (奧羅拉公司Aurora Bioscience Corporation,寇爾辛Coassin等)所介紹的方案,主要是解決光學通透性的問題，而不是解決PCR過程中所遇到的熱響應和均勻性問題。目前，公知的PCR系統在熱響應速度，均勻性問題，以及製造成本方面都存在許多不足。並且系統通用性差，同一設備不能兼容不同孔數的微孔板。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種提高了試劑通過微孔底壁向溫度控制模塊表面的傳熱效率，同時最大限度地提高光信號的產生和收集效率的具有獨特的薄壁微孔板和平底設計結構的微孔板。實現本實用新型目的的技術解決方案為一種微孔板，包括一個平整的頂吊框架上設有許多開孔，在每個開孔的位置下面懸掛著稱為微孔的容器，微孔由側壁和一個平的或稍呈凸形的底面組成；頂吊框架有足夠的柔韌性，當壓力負荷垂直施加到頂吊框架上時，可使負荷均勻分布到每個微孔上，使其底面保持平坦並緊密地對接到位於下面的剛性平面上。本實用新型與現有技術相比，其顯著優點I、本實用新型提供的微孔板以及相應的反應溫度控制模塊和光學檢測系統，能夠對微孔板陣列中樣品迅速升溫和降溫、同時能夠實時採集樣品信息；2、本實用新型獨特的薄壁微孔板和平底設計結構，結合在每個微孔上的均勻壓力分布，提高了試劑通過微孔底壁向溫度控制模塊表面的傳熱效率，同時最大限度地提高光信號的產生和收集效率；3、本實用新型的有效實施將改善了熱響應速度和熱循環時間，減少了試劑用量，同時節省了每個周期所消耗的能量，同時降低了微孔板這樣的一次性產品塑料材料耗量。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
圖I是本實用新型的頂面立體圖。
具體實施方式
本實用新型一種微孔板，包括一個平整的頂吊框架上設有許多開孔，在每個開孔的位置下面懸掛著稱為微孔的容器，微孔由側壁和一個平的或稍呈凸形的底面組成；頂吊框架有足夠的柔韌性，當壓力負荷垂直施加到頂吊框架上時，可使負荷均勻分布到每個微孔上，使其底面保持平坦並緊密地對接到位於下面的剛性平面上。所述的側壁完全呈圓柱形或圓錐形，在沿著其垂直軸向施加壓縮負荷時變形量應最小；所述的微孔底面是平面形的；所述的微孔側壁與底面的接合邊緣呈圓角形以使其平 滑地過渡到底面上，當一個垂直負荷施加到頂吊框架上時，微孔底面緊密地接合到位於下面的一個剛性平面上；所述的頂吊框架、微孔側壁及底面是用具有導熱性和化學惰性的材料模鑄的，其厚度為O. 05mm至O. 5mm。圖I表示的是本實用新型的微孔板100，它包括一個平面頂吊框架120和凹陷到頂吊框架下面的多個微孔110。微孔板100可以用任何適宜加工工藝加工，最好用導熱材料薄膜進行模鑄加工。圖I是微孔板實施方式的斜視圖。微孔側壁的形狀呈圓柱形或圓錐形，起著結構支撐的作用，當垂直負荷壓力施加到頂吊框架120時，微孔側壁可將垂直負荷傳遞到微孔的底面上。
權利要求1.一種微孔板，其特徵在於包括一個平整的頂吊框架上設有許多開孔，在每個開孔的位置下面懸掛著稱為微孔的容器，微孔由側壁和一個平的或稍呈凸形的底面組成；頂吊框架有足夠的柔韌性，當壓力負荷垂直施加到頂吊框架上時，可使負荷均勻分布到每個微孔上，使其底面保持平坦並緊密地對接到位於下面的剛性平面上。
2.根據權利要求I所述的一種微孔板，其特徵在於，所述的側壁完全呈圓柱形或圓錐形，在沿著其垂直軸向施加壓縮負荷時變形量應最小；所述的微孔底面是平面形的；所述的微孔側壁與底面的接合邊緣呈圓角形以使其平滑地過渡到底面上，當一個垂直負荷施加到頂吊框架上時，微孔底面緊密地接合到位於下面的一個剛性平面上；所述的頂吊框架、微孔側壁及底面是用具有導熱性和化學惰性的材料模鑄的，其厚度為O. 05mm至O. 5_。
專利摘要本實用新型公開了一種微孔板，其中，微孔板包括一個平整的頂吊框架上設有許多開孔，在每個開孔的位置下面懸掛著稱為微孔的容器，微孔由側壁和一個平的或稍呈凸形的底面組成；本實用新型提高了試劑通過微孔底壁向溫度控制模塊表面的傳熱效率，最大限度地提高光信號的產生和收集效率；並且能夠對微孔板陣列中樣品迅速升溫和降溫、同時能夠實時採集樣品信息。
文檔編號C12M1/36GK202766515SQ201220130089

公開日2013年3月6日 申請日期2012年3月31日 優先權日2011年4月28日
發明者連彬 申請人:蘇州晉翌生物醫學儀器有限公司