技術名稱 可攜式連續流核酸複製裝置
計畫單位 國立屏東科技大學
技術簡介
本裝置包含微流體晶片、加熱模組、樣本驅動模組、電源供應模組和人機介面模組等五個部分。本裝置以連續流體式聚合酶連鎖反應(polymerase chain reaction,PCR)進行研究並開發為可攜式裝置,利用微控制器做為主要開發平台。微流體晶片是使用微機電(microelectromechanical systems,MEMS)製程製作晶片母模及聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)翻模技術來製作晶片,再利用氧電漿處理晶片表面後完成與玻璃基板接合,成本低,製作快速,為一次性使用的晶片。加熱模組是利用溫度感測器量測被加熱鋁塊的溫度,將溫度數值傳回微控制器,經由比例-積分-微分(proportional-integral-derivative,PID)程式運算,輸出脈波寬度調變(pulse width modulation,PWM)訊號至功率電晶體,驅動加熱棒與致冷晶片,建構出穩定的加熱平台。樣本驅動模組為利用另一組微控制器進行步進馬達之轉速控制,完成自製之注射泵浦平台,方便攜帶,成本低廉;將DNA混合液體填裝至玻璃針筒,利用微控制器搭配撰寫之程式控制步進馬達,並將步進馬達之扭矩力傳至螺桿,透過滑塊將螺桿之扭矩轉換成推力,推動玻璃針筒將樣本注入微流體晶片之流道以進行PCR。電源供應模組中採用三個18650鋰離子電池提供電源,另外有設有外接直流電源孔,可在進行反覆長時間實驗時使用,設有開關可提供使用者兩種供電選項。人機介面模組整合了LCD顯示模組以及微動開關,可進行高低溫區之溫度設定以及設定幫浦馬達轉數。整體裝置架構透過軟體設計及預組裝之後輸出平面圖,利用雷射切割壓克力板,再將各系統部件進行組裝,完成可攜式連續流核酸複製裝置。
科學突破性
本技術開發成本低及可攜式連續流聚合酶連鎖反應(PCR)裝置,微流體反應晶片是為一次性使用的晶片。一組微控制器驅動加熱棒與致冷晶片,建構出穩定的加熱平台,另一組微控制器驅動樣本注入反應晶片以進行PCR。
產業應用性
DNA複製和檢測分析一直以來都是生物科技產業中最需要的技術之一,本作品為開發一組可攜式DNA複製平台,具有製作成本降低、樣本使用量減少、操作便利、系統微小化及系統組裝容易等優勢,這些均是製造廠商和操作人員對DNA檢測系統的最大期待,未來目標為達成POCT裝置的研製。本技術不需繁瑣的設計,實用性佳,成本低,系統模組化,組裝容易,具多功能性,產業應用性高。
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