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技術(shù)領(lǐng)域

本揭露與聚合酶連鎖反應(yīng)(polymerase chain reaction,PCR)擴(kuò)增核酸序列的方法有關(guān)。更明確地，本揭露與利用電磁波并結(jié)合具有過渡金屬材料的電磁波(electromagnetic radiation,EMR)頻率吸收粒子做為聚合酶連鎖反應(yīng)擴(kuò)增核酸序列的產(chǎn)熱源有關(guān)。

背景技術(shù)：

聚合酶連鎖反應(yīng)是一種能由單一或多個目標(biāo)DNA模版(template)合成多套單個或多個DNA片段的技術(shù)。傳統(tǒng)的聚合酶連鎖反應(yīng)過程是基于由Thermus aquaticus菌(Taq)所萃取出對熱穩(wěn)定的DNA聚合酶發(fā)展而來，該酵素能夠在具有四種DNA堿基─腺嘌呤(adenine)、胸腺嘧啶(thymine)、胞嘧啶(cytosine)、鳥嘌呤(guanine)，和一對DNA引子(primer)的一混合物中，針對一指定的DNA單股(given strand)合成一互補(bǔ)股(complimentary strand)。該混合物被加熱以將DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)分離為包含目標(biāo)DNA序列的單股，隨后令該混合物冷卻，使該引子與位于分離單股上的互補(bǔ)序列雜交，Taq聚合酶并延長引子成為新的互補(bǔ)股。如此重復(fù)的加熱和冷卻循環(huán)能指數(shù)放大該目標(biāo)DNA，每一新形成的雙股螺旋結(jié)構(gòu)可成為兩個新的模版分子以供后續(xù)合成。

典型的聚合酶連鎖反應(yīng)溫度設(shè)定包括：(1)在95℃持續(xù)15～30秒，使DNA變性(denaturation)；(2)與引子在適當(dāng)?shù)酿ず?annealing)溫度雜交(hybridization)，持續(xù)30秒～60秒；(3)在72℃延展(elongation)或延長(extension)已雜交的引子一段時間，這段時間的長短是依待擴(kuò)增DNA分子的長度來決定，一般來說大約是30秒～60秒。該變性和雜交的步驟幾乎是在一瞬間發(fā)生，然而，在傳統(tǒng)聚合酶連鎖反應(yīng)儀器中若使用金屬加溫組件或水作為溫度平衡的用，其溫度變化的速率大概是1℃/秒。由于在聚合酶連鎖反應(yīng)中尚須加熱和冷卻DNA分子的外的物質(zhì)，因此僅靠上述的傳統(tǒng)溫度循環(huán)設(shè)計是不足的。

附圖說明

本說明將可由以下的敘述配合附圖被更佳地理解，其中：

圖1揭示符合本揭露的一種示意性小型聚合酶連鎖反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)，及其與一使用者裝置的互動關(guān)系。

圖2揭示符合本揭露的一種示意性小型聚合酶連鎖反應(yīng)裝置與圖1所顯示的使用者裝置間的接口。

圖3A顯示符合本揭露的四氧化三鐵(Fe₃O₄)奈米粒子于太拉赫茲(terahertz)波長的電磁波吸收頻率譜段。

圖3B顯示符合本揭露的四氧化三鐵(Fe₃O₄)奈米粒子于1.3MHz的電磁波吸收頻率譜段。

圖4A為本揭露的實施例1.1中，粒子隨時間進(jìn)程的溫度變化。

圖4B顯示符合本揭露的實施例1.1中，粒子在聚合酶連鎖反應(yīng)循環(huán)中溫度上升的速率。

圖4C顯示符合本揭露的實施例1.1中，粒子在聚合酶連鎖反應(yīng)循環(huán)中溫度下降的速率。

圖5A顯示符合本揭露的各種奈米粒子隨時間進(jìn)程的溫度變化，該奈米粒子在反應(yīng)溶液中的濃度為1,250百萬分率(parts per million；ppm)。

圖5B顯示符合本揭露的各種奈米粒子隨時間進(jìn)程的溫度變化，該奈米粒子在反應(yīng)溶液中的濃度為2,500百萬分率(ppm)。

圖6顯示符合本揭露的聚合酶連鎖反應(yīng)實驗結(jié)果。

主要元件符號說明

具體實施方式

以下結(jié)合圖例所提供的詳細(xì)描述旨在作為對實施例的描述，并不代表為該實施例僅有的構(gòu)造或利用形式。該描述闡述了該實施例的功能，和該實施例構(gòu)造與操作的步驟順序。然而，相同或等同的功能和操作順序可以通過不同的實施例實現(xiàn)。

聚合酶連鎖反應(yīng)的實驗程序主要與加熱至指定溫度有關(guān)，該加熱過程不但冗長且耗能。在本揭露中，藉由使用電磁波和能吸收電磁波且具有過渡金屬材料的粒子作為產(chǎn)熱源，就可提升聚合酶連鎖反應(yīng)中的反應(yīng)混合物的溫度，該增溫速率約為13℃/秒～15℃/秒，進(jìn)而使聚合酶連鎖反應(yīng)以更快且更具能源效率的方式在一種微型裝置中執(zhí)行。另外，迅速由一溫度轉(zhuǎn)變到另一溫度也可確保樣本(目標(biāo)DNA序列)僅在中介溫度中有極短停留時間，使該聚合酶連鎖反應(yīng)擴(kuò)增的DNA分子有最佳的純度和真實性。

本揭露主要涉及一種以聚合酶連鎖反應(yīng)擴(kuò)增一種反應(yīng)混合物中的一核酸序列的方法。該方法包含將該反應(yīng)混合物和粒子接觸，該粒子包含一種材料，該種材料包含一種過渡金屬(transition metal)、一種第三族金屬(Group III metal)的氮化物(arsenide)摻雜過渡金屬(doped with transition metal)、一種第三族金屬的磷化物(phosphide)摻雜過渡金屬或一種第三族金屬的砷化物(arsenide)摻雜過渡金屬、或二氧化硅(silicon dioxide)摻雜過渡金屬。該方法可進(jìn)一步包含以電磁波照射該種粒子，且該電磁波頻率為約200kHz(kilohertz)～500THz(terahertz)，如此該目標(biāo)核酸序列可被此方法擴(kuò)增。該種第三族金屬可為鋁(Al)、鎵(Ga)或銦(In)的任一種。該種過渡金屬可為錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)的任一種。該種反應(yīng)混合物在聚合酶連鎖反應(yīng)中的溫度上升速率約為13℃/秒～15℃/秒，而溫度下降速率約為6℃/秒～7℃/秒。

本揭露更進(jìn)一步地涉及一種以聚合酶連鎖反應(yīng)擴(kuò)增一種反應(yīng)混合物中的一核酸序列的方法。該方法包含將該種反應(yīng)混合物和粒子接觸，該種粒子包含一種材料，該種材料包含一種過渡金屬氧化物(transition metal oxide)、一種過渡金屬氫氧化物(transition metal hydroxide)、一種第三族金屬化合物摻雜過渡金屬(Group III metal compound doped with the transition metal)、一種二氧化硅摻雜過渡金屬氧化物(silicon dioxide doped with the transition metal oxide)、或者一種二氧化硅摻雜過渡金屬氫氧化物(silicon dioxide doped with the transition metal hydroxide)。該種方法可更進(jìn)一步包含以電磁波照射該種粒子，且該電磁波頻率為約200kHz～500THz，該目標(biāo)核酸序列可被此機(jī)制擴(kuò)增。該種過渡金屬、該種過渡金屬氧化物或該種過渡金屬氫氧化物的一部或全部可由錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)組成。該種反應(yīng)混合物在該種聚合酶連鎖反應(yīng)中的溫度上升速率約為13℃/秒～15℃/秒，而溫度下降速率約為6℃/秒～7℃/秒。根據(jù)本揭露的一個或多個實施例，該種過渡金屬氧化物或該種過渡金屬氫氧化物可為下列任一種或多種化合物：氧化亞鐵(FeO)、氧化鐵(Fe₂O₃)、四氧化三鐵(Fe₃O₄)、氧(氫氧)化鐵(FeO(OH))、氫氧化亞鐵(Fe(OH)₂)、氫氧化鐵(Fe(OH)₃)、一氧化錳(MnO)、四氧化三錳(Mn₃O₄)、三氧化二錳(Mn₂O₃)、氧(氫氧)化錳(MnO(OH))、二氧化錳(MnO₂)、一氧化鈷(CoO)、氧(氫氧)化鈷(CoO(OH))、四氧化三鈷(Co₃O₄)或一氧化銅(CuO)。根據(jù)本揭露的一個或多個實施例，該種粒子可為下列任一種或多種化合物：氧化亞鐵(FeO)、氧化鐵(Fe₂O₃)或四氧化三鐵(Fe₃O₄)。

根據(jù)本揭露的一個或多個實施例，該種第三族金屬的氮化物、磷化物或砷化物摻雜的過渡金屬或金屬離子包括但不限于氮化鎵(GaN；gallium nitride))摻雜錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)；氮化鋁(AlN；aluminium nitride))摻雜錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)，或上述金屬的離子；磷化銦(InP；indium phosphide)摻雜鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)，或上述金屬的離子；砷化鎵(GaAs；gallium arsenide)摻雜鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)，或上述金屬的離子；以及砷化銦(InAs；indium arsenide)摻雜鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)，或上述金屬的離子。

照射該種粒子的步驟包含：增加該種反應(yīng)混合物的溫度至一第一溫度范圍以使DNA變性，典型地來說約為80℃～105℃，持續(xù)約0.5分鐘～1分鐘；增加該種反應(yīng)混合物的溫度至一第二溫度范圍以使引子黏合，典型地來說約為35℃～65℃，持續(xù)約0.5分鐘～1分鐘使一對引子可與該已變性的目標(biāo)核酸序列雜交；且增加該種反應(yīng)混合物溫度至一第三溫度范圍以活化聚合酶活性，典型地來說約為40℃～80℃，持續(xù)約0.5分鐘～5分鐘，持續(xù)時間依需擴(kuò)增的目標(biāo)序列長度而定，由此目標(biāo)核酸可由該延展合成方式被擴(kuò)增。

在一些實施例中，該種粒子會在該反應(yīng)混合物中和該目標(biāo)核酸直接混合，且在該種反應(yīng)混合物中的每一粒子具有一流體動力學(xué)直徑(hydrodynamic diameter)為約100～800奈米(nm；1nm為10^-9m)。

在其他實施例中，該種反應(yīng)混合物被容置于由該種粒子所構(gòu)成的容器中，該種粒子包含一種過渡金屬材料。例如，在一個或多個實施例中，該種粒子所形成的一或多個薄膜(films)、涂層(coatings)或如上述該種粒子的層狀物(layers)可被置于該種容器的一表面上。該一或多個薄膜、涂層或?qū)訝钗锟捎梢粚踊蚨鄬由鲜龅脑摿Ｗ铀鶚?gòu)成。

該一或多個薄膜、涂層或?qū)訝钗锟杀粏为氈圃烨腋采w于該種容器上。例如，具該種粒子的薄膜可在一基質(zhì)或載體中形成，且可以使用任一熱層壓技術(shù)(hot lamination)、冷層壓技術(shù)(cold lamination)或溶劑層壓技術(shù)(solvent lamination)覆蓋于該種容器的一表面上。具有通常技藝者將可了解任何將一或多個薄膜、涂層或?qū)訝钗锱c該種容器表面產(chǎn)生強(qiáng)附著性的方法是必要的，以避免該種容器表面的該一或多個薄膜、涂層或?qū)訝钗锩撀浠騽兟洹?/p>

該一或多個薄膜、涂層或?qū)訝钗锟芍苯有纬捎谠摲N容器上。該一或多個薄膜、涂層或?qū)訝钗锟梢砸韵氯我环N方法直接形成于該種容器上：化學(xué)氣相沈積(CVD)、物理氣相沈積(physical vapor deposition)、噴霧涂層、涂刷、浸泡涂層(dip coating)、或其他任何適合的方法。具有通常技藝者將可了解任何將該一或多個薄膜、涂層或?qū)訝钗锱c該種容器表面產(chǎn)生強(qiáng)附著性的方法是必要的，以避免該種容器表面的該一或多個薄膜、涂層或?qū)訝钗锩撀浠騽兟洹?/p>

從而，本揭露也提供了一種裝置，可在該種反應(yīng)混合物中擴(kuò)增目標(biāo)核酸序列。該種裝置包括一種管狀物或容器放置處，或一種反應(yīng)容器，以上組件被設(shè)定為可使該種反應(yīng)混合物與本揭露中的該種粒子直接或間接接觸；一種電磁波產(chǎn)生組件被設(shè)定為可發(fā)出頻率為200kHz～600THz的輻射，該種輻射被導(dǎo)引至該種樣本放置處或該種反應(yīng)容器以照射到該種粒子；以及一種微處理器與該種樣本放置處或該種反應(yīng)容器耦合，一種風(fēng)扇，和該種電磁波產(chǎn)生組件協(xié)同可使該種反應(yīng)混合物的溫度升高或降低，其升溫的速率為13℃/秒～15℃/秒，其降溫的速率為6℃/秒～7℃/秒。

如前所述，該產(chǎn)生的電磁波頻率可在200kHz～600THz的間。此外，該電磁波頻率也可在100THz～600THz的間，或200THz至500THz的間，或300THz至400THz的間。

如前所述，該種裝置包含一種反應(yīng)容器以容置該種反應(yīng)混合物；且一種溫度傳感器和該種反應(yīng)容器耦合，以偵測該種反應(yīng)混合物的溫度。該種裝置可進(jìn)一步包含一種電磁波產(chǎn)生組件。該種裝置可更進(jìn)一步的包含一種溫度控制回路以控制該種溫度傳感器。另外，該種裝置可包含一種控制回路，該種控制回路被設(shè)定為可調(diào)整該種電磁波產(chǎn)生組件所產(chǎn)生的電磁波頻率及電磁波振幅大小。在至少一個實施例中，該種裝置也可包含一種微處理器耦合至該種溫度控制回路與該種加熱控制回路。該種微處理器可被設(shè)定為增加該種反應(yīng)混合物的溫度至一第一溫度范圍大約為80～105℃并持續(xù)約0.5分鐘～1分鐘以使該目標(biāo)核酸序列變性。該種微處理器可進(jìn)一步地被設(shè)定為增加該種反應(yīng)混合物的溫度至一第二溫度范圍大約為35～65℃并持續(xù)約0.5分鐘～1分鐘，以使一對DNA引子和該變性的目標(biāo)核酸序列雜交。該種微處理器可被設(shè)定為增加該種反應(yīng)混合物的溫度至一第三溫度范圍大約為40～80℃并持續(xù)約0.5分鐘～1分鐘，該第三溫度的該持續(xù)時間由該目標(biāo)核酸序列的長度而定，該第三溫度可以延展合成反應(yīng)，擴(kuò)增該目標(biāo)核酸序列。

該種裝置可進(jìn)一步的包含一無線通信回路，例如藍(lán)芽或WIFI^TM回路以利用該種裝置傳送和接收信息，與該種使用者輸入設(shè)備進(jìn)行無線通信。

根據(jù)本揭露的至少一實施例，該裝置尺寸至少為約300cm³～500cm³。

本揭露的其中一面向，即為提供一種在一種反應(yīng)混合物中以聚合酶連鎖反應(yīng)擴(kuò)增一種目標(biāo)核酸序列的方法。該種方法包括將該種反應(yīng)混合物和可吸收電磁波頻率的粒子接觸，該種粒子由一種材料所形成，該種材料可為一種過渡金屬或一種第三族金屬氮化物、磷化物或砷化物摻雜過渡金屬或過渡金屬離子，該種材質(zhì)也可為二氧化硅摻雜過渡金屬。該種方法可進(jìn)一步地包含以該電磁波照射該可吸收電磁波頻率的粒子，該電磁波頻率具有一大約為200kHz～500THz的頻率以擴(kuò)增該種目標(biāo)核酸序列。該種第三族金屬可為鋁(Al)、鎵(Ga)或銦(In)的任一種。該種過渡金屬金屬可為錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)的任一種，且該種過渡金屬離子可為錳(Mn)離子、鐵(Fe)離子、鈷(Co)離子或銅(Cu)離子的任一種。該種反應(yīng)混合物在該聚合酶連鎖反應(yīng)的溫度升高速率約為13℃/秒～15℃/秒，溫度下降速率大約為6℃/秒～7℃/秒。

本揭露的另一面向，即為提供一種在一種反應(yīng)混合物中以聚合酶連鎖反應(yīng)擴(kuò)增一種目標(biāo)核酸序列的方法。該種方法包括將該種反應(yīng)混合物和可吸收電磁波頻率的粒子接觸，該種粒子由一種材料所形成，該種材料可為一種過渡金屬氧化物或一種過渡金屬氫氧化物、一種二氧化硅摻雜過渡金屬氧化物或一種二氧化硅摻雜過渡金屬氫氧化物；且以該電磁波照射該可吸收電磁波頻率的粒子，該電磁波頻率具有一大約為200kHz～500THz的頻率以擴(kuò)增該種目標(biāo)核酸序列。該種過渡金屬氧化物或該種過渡金屬氫氧化物可包含錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)的任一種。該種反應(yīng)混合物在該聚合酶連鎖反應(yīng)的溫度升高速率約為13℃/秒～15℃/秒，溫度下降速率大約為6℃/秒～7℃/秒。

一般來說，任何可以吸收電磁波并且釋放熱能(例如由光或電磁波頻率)至周邊環(huán)境的粒子都可以在本揭露中的方法作為產(chǎn)熱源。

該種粒子可為一種過渡金屬氧化物或一種過渡金屬氫氧化物可包括，但不限于：氧化亞鐵(FeO)、氧化鐵(Fe₂O₃)、四氧化三鐵(Fe₃O₄)、氧(氫氧)化鐵(FeO(OH))、氫氧化亞鐵(Fe(OH)₂)、氫氧化鐵(Fe(OH)₃)、一氧化錳(MnO)、四氧化三錳(Mn₃O₄)、三氧化二錳(Mn₂O₃)、氧(氫氧)化錳(MnO(OH))、二氧化錳(MnO₂)、一氧化鈷(CoO)、氧(氫氧)化鈷(CoO(OH))、四氧化三鈷(Co₃O₄)或一氧化銅(CuO)。在至少一種實施例中，該種粒子包含氧化亞鐵(FeO)、氧化鐵(Fe₂O₃)或四氧化三鐵(Fe₃O₄)。

該種粒子可為一種第三族金屬氮化物、一種第三族金屬磷化物、一種第三族金屬砷化物摻雜過渡金屬或過渡金屬離子，該種粒子可包括，但不限于：氮化鎵(GaN)摻雜錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)或以上過渡金屬的離子，或氮化鋁(AlN)摻雜錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)或以上過渡金屬的離子；磷化鋁(AlP)摻雜鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)；磷化銦(InP)摻雜鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)或以上過渡金屬的離子，或砷化鎵(GaAs)摻雜鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)或以上過渡金屬的離子；以及砷化銦(InAs)摻雜鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)或以上過渡金屬的離子。

每一種粒子可具備類似或獨特的能量轉(zhuǎn)換性質(zhì)。根據(jù)本揭露的實施例，該種可吸收電磁波的粒子為鐵氧化物(iron oxide)粒子，該種鐵氧化物粒子可選自氧化亞鐵(FeO)、氧化鐵(Fe₂O₃)或四氧化三鐵(Fe₃O₄)。在至少一實施例中，本揭露的該種鐵氧化物粒子針對300THz～400THz的電磁波頻率，特別是371THz的電磁波頻率，展現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸收性質(zhì)。在另一實施例中，該種鐵氧化物粒子針對200kHz～2MHz(megahertz)的電磁波頻率，特別是1.3MHz的電磁波頻率，展現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸收性質(zhì)。由于本揭露中該種鐵氧化物粒子的高熱能轉(zhuǎn)換效率，該種粒子被該電磁波照射后的溫度可以以13℃/秒～15℃/秒的速率上升。另外，該種鐵氧化物粒子在該電磁波產(chǎn)生組件被關(guān)掉時其溫度可以以6℃/秒～7℃/秒的速率快速降溫。

本揭露的該種鐵氧化物粒子的直徑可以為約10奈米(nm)～1,200奈米(nm)；也可為約50奈米(nm)～1,000奈米(nm)；也可為80奈米(nm)～800奈米(nm)。在一實施例中，該種鐵氧化物粒子的兩種制備成品可分別有不同的大小。

其中一種該種鐵氧化物粒子的制備方式可造成尺寸相對小的粒子，每一粒子的直徑約為60奈米(nm)～150奈米(nm)，其直徑可為60奈米(nm)、70奈米(nm)、80奈米(nm)、90奈米(nm)、100奈米(nm)、110奈米(nm)、120奈米(nm)、130奈米(nm)、140奈米(nm)或150奈米(nm)；此外，該種粒子直徑也可為約80奈米(nm)～120奈米(nm)，其直徑可為80奈米(nm)、90奈米(nm)、100奈米(nm)、110奈米(nm)或120奈米(nm)；此外，該種粒子直徑也可為約100奈米(nm)。若該種粒子直徑在60奈米(nm)～150奈米(nm)的間，則該種粒子有較佳的粒子分散性，該種較佳的粒子分散性可導(dǎo)致該種粒子在溶液、薄膜、或?qū)訝钗镏芯哂锌晌针姶挪ㄋ璧拇判浴?/p>

另一種該種鐵氧化物粒子的制備方式則會造成尺寸相對大的粒子，每一粒子的直徑約為200奈米(nm)～1,200奈米(nm)，其直徑可為200奈米(nm)、300奈米(nm)、400奈米(nm)、500奈米(nm)、600奈米(nm)、700奈米(nm)、800奈米(nm)、900奈米(nm)、1,000奈米(nm)、1,100奈米(nm)或1,200奈米(nm)；另外，該種粒子直徑也可為約400奈米(nm)～1,000奈米(nm)，其直徑可為400奈米(nm)、500奈米(nm)、600奈米(nm)、700奈米(nm)、800奈米(nm)、900奈米(nm)或1,000奈米(nm)；此外，該種粒子直徑也可為約800奈米(nm)。若該種粒子直徑在200奈米(nm)～1,200奈米(nm)的間，則該種粒子和直徑范圍60奈米(nm)～150奈米(nm)的粒子相比，于溶劑中有較佳的磁性和較差的分散性。

根據(jù)本揭露的實施例，本揭露的該鐵氧化物粒子無論其大小皆展現(xiàn)出良好的能量轉(zhuǎn)換性，尺寸大的鐵氧化物粒子可以展現(xiàn)較佳的能量轉(zhuǎn)換性以使一聚合酶連鎖反應(yīng)的反應(yīng)混合物的溫度在15秒內(nèi)達(dá)到約100℃。一種使用該種鐵氧化物粒子在一聚合酶連鎖反應(yīng)中作為熱源的方式，為直接加入足量的該種鐵氧化物粒子至該聚合酶連鎖反應(yīng)的反應(yīng)混合物中，隨后如往常般執(zhí)行聚合酶連鎖反應(yīng)。

另外，本揭露的該種鐵氧化物粒子也可形成前述的容器以用來直接或間接地容置該種聚合酶連鎖反應(yīng)的反應(yīng)混合物。此處的「直接」意即將該種反應(yīng)混合物裝載到由具有本揭露的該種鐵氧化物粒子的材料所形成的容器中。此處的「間接」意即將該種反應(yīng)混合物先行裝載至另一容器中(例如一離心管)，再置于具有本揭露的該種鐵氧化物粒子的材料所形成的容器中。在至少一實施例中，本揭露的該種鐵氧化物粒子可形成一種微流體生物芯片反應(yīng)室，其中該種反應(yīng)混合物可被直接裝載或附著于該種反應(yīng)室中。在另一實施例中，本揭露的該種鐵氧化物粒子可形成一種薄膜，該種薄膜上有許多的反應(yīng)點，每一該反應(yīng)點上具有一種聚合酶連鎖反應(yīng)的反應(yīng)混合物，每一該聚合酶連鎖反應(yīng)可同時在該薄膜上執(zhí)行。

圖1為本揭露中可執(zhí)行上述聚合酶連鎖反應(yīng)的一實施裝置100的示意圖。在該實施例中，該裝置100被一使用者輸入設(shè)備102(例如：一種可攜式電話、桌面計算機(jī)、平板計算機(jī)，或其他類似裝置)中的一應(yīng)用程序所無線控制。該裝置100的尺寸大約可小于或等于9cm(長)x 8cm(寬)x 5cm(高)。

圖2顯示圖1中一小型聚合酶連鎖反應(yīng)裝置與該使用者裝置的間的一示意接口。為啟動一聚合酶連鎖反應(yīng)實驗程序，該將被擴(kuò)增的目標(biāo)DNA、所需反應(yīng)物(例如：Taq聚合酶、四種可被擴(kuò)增的核酸堿基、以及緩沖溶液)以及本揭露的該種粒子裝載到一反應(yīng)管或容器中(例如一離心管)，其再被放置進(jìn)一反應(yīng)管或一容器固定座124中，該容器固定座124再放置進(jìn)一反應(yīng)容器126中。另外，該目標(biāo)DNA和所需的反應(yīng)物也可以直接裝載進(jìn)該反應(yīng)容器126中，該反應(yīng)容器126是由具有本揭露的該鐵氧化物粒子的材料所形成。

一聚合酶連鎖反應(yīng)使用者可以在一應(yīng)用程序中輸入所有聚合酶連鎖反應(yīng)必要的參數(shù)(例如反應(yīng)溫度及持續(xù)時間)以啟動實驗程序，該應(yīng)用程序可被安裝在一手持裝置中，例如圖1所示的該使用者輸入設(shè)備102可為一可攜式電話。該使用者輸入的信息隨后由該使用者輸入設(shè)備102送至一無線通信回路118。一微處理器114自該無線通信回路118接收到必要參數(shù)時，隨即調(diào)整一溫度控制回路112和一加熱控制回路116以指示一電磁波產(chǎn)生組件132產(chǎn)生適合的電磁波頻率執(zhí)行該參數(shù)，且指示一溫度傳感器122以啟動該聚合酶連鎖反應(yīng)。具體地來說，自該電磁波產(chǎn)生組件132所發(fā)出的該電磁波頻率指向該容器固定座124所容置的該反應(yīng)管或容器，或該反應(yīng)容器126，由此升高該聚合酶連鎖反應(yīng)的溫度至一指定溫度。該電磁波頻率應(yīng)符合位于該容器固定座124或該反應(yīng)容器126中該反應(yīng)混合物中該種粒子的能量轉(zhuǎn)換特性。例如，若在該聚合酶連鎖反應(yīng)中使用本揭露的該鐵氧化物粒子，則可以采用大約為371THz的電磁波頻率。

該反應(yīng)混合物是否達(dá)到其指定溫度是由該溫度傳感器122所量測并決定，該溫度傳感器122是透過該微處理器114被該溫度控制回路112控制。在該聚合酶連鎖反應(yīng)到達(dá)該指定溫度且已維持一段指定時間后，該微處理器114會控制加熱控制回路116以指示該電磁波產(chǎn)生組件132停止產(chǎn)生該電磁波頻率；而該溫度傳感器122會啟動一風(fēng)扇128以避免該反應(yīng)混合物過熱，或啟動一冷卻循環(huán)。換句話說，在該加熱循環(huán)中，依據(jù)該聚合酶連鎖反應(yīng)程序所需的加熱速率，該微處理器114協(xié)調(diào)該加熱控制回路116和溫度控制回路112，以分別指示該電磁波產(chǎn)生組件132是否產(chǎn)生電磁波，和該風(fēng)扇128是否需啟動。相似地，在該冷卻循環(huán)中，該微處理器114協(xié)調(diào)該加熱控制回路116和溫度控制回路112，以分別指示該電磁波產(chǎn)生組件132是否停止產(chǎn)生電磁波，和該風(fēng)扇128是否需啟動。由于該頻率的電磁波和本揭露的該粒子的組合可以作為熱源，該聚合酶連鎖反應(yīng)的反應(yīng)混合物的溫度可以以13℃/秒～15℃/秒的速率上升，或以6℃/秒～7℃/秒的速率下降，以具備能源效率和時效的方式完成加熱循環(huán)和冷卻循環(huán)。

至少一實施例中，長度為279bps(base pairs)的目標(biāo)DNA的一個擴(kuò)增循環(huán)可在60秒內(nèi)被完成，此循環(huán)若在傳統(tǒng)的聚合酶連鎖反應(yīng)裝置中一般來說需要至少180秒。

本質(zhì)上來說，藉由使用一電磁波頻率及一可吸收電磁波頻率的粒子，本方法和/或裝置可顯著的減少傳統(tǒng)聚合酶連鎖反應(yīng)時間達(dá)67％，使DNA片段的擴(kuò)增在更具時效和能源效率的情況下被完成，且不會影響到所擴(kuò)增DNA分子的純度和真實度。進(jìn)一步地，本裝置尺寸小，體積不超過500cm³，且可被遙控啟動。因此，本裝置減少了聚合酶連鎖反應(yīng)使用者需實際操作裝置以啟動反應(yīng)的需求。

奈米粒子的激發(fā)機(jī)制并不受限于任何特定理論，且目前被認(rèn)為可由以下敘述所支持。以奈米粒子中的鐵氧化物奈米粒子為例，該種鐵氧化物奈米粒子可作為一具有預(yù)先設(shè)定頻率的輻射源的照射目標(biāo)。該輻射源具備足夠能量，以激發(fā)一鐵原子的內(nèi)層軌域(orbital or shell)上的電子至更高能的未填滿軌域。如此及造成一金屬離子的內(nèi)層軌域缺乏一電子。上述的電子組態(tài)不穩(wěn)定，該位于更高能軌域的電子會落入半滿軌域中。該電子落入半滿軌域的狀態(tài)將會散發(fā)出能量，該能量可能會以熱能形式出現(xiàn)。

可供選擇地，奈米粒子的激發(fā)機(jī)制并不受限于任何特定理論，且目前被認(rèn)為可由以下敘述所支持。以奈米粒子中的鐵氧化物奈米粒子為例，該種鐵氧化物奈米粒子可作為一具有預(yù)先設(shè)定頻率的幅射源的照射目標(biāo)。該幅射可被該奈米粒子的原子所吸收，且不會將該原子離子化。相反地，該被吸收的幅射會激發(fā)該奈米粒子中分子鍵結(jié)震動增加，并產(chǎn)生熱且釋放至該種奈米粒子周邊。

以下實施例將針對本揭露有更具體的敘述，該實施例的目的在于展示而不在于限制本揭露的內(nèi)容。

實施例

方法與材料

聚合酶連鎖反應(yīng)的反應(yīng)混合物。該反應(yīng)混合物包括以下：5picomoles(pmol；1pmol＝10^-12mole)的引子(SEQ ID NO:1,5’-gcgaaagtcctggttgagctgag-3’、SEQ ID NO:2,5’-aacccaaggcccatgcataca-3’)，1μg(1μg＝10^-9kg)DNA模版、DNA聚合酶、聚合酶緩沖溶液、胎牛血清(BSA)、核苷酸、以及去離子水。反應(yīng)容積總共為20μL(1μL＝10^-6L)。

聚合酶連鎖反應(yīng)實驗程序。該聚合酶連鎖反應(yīng)是根據(jù)以下溫度設(shè)定：(1)變性：95℃，15秒～30秒；(2)與引子雜交：56℃，15秒～30秒；(3)延展或延伸雜交的引子：72℃，15秒～30秒。

實施例1粒子的制備與定性

1.1氧化鐵(Fe₃O₄)粒子的制備

簡要而言，將氯化鐵(FeCl₂)50mM共10毫升(mL)、均苯三酸(trimesic acid)25mM共4.5毫升(mL)、檸檬酸(citrate)共0.15g、氫氧化鈉(NaOH)18mg、二亞胺(N₂H₂)共100μL和明膠(gelatin)混合并放置在155℃下反應(yīng)12小時。由以上反應(yīng)所制備出的四氧化三鐵(Fe₃O₄)奈米粒子由穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy；TEM)和掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy；SEM)判斷其大小及形狀。由以上反應(yīng)制備出相對較小和較大的四氧化三鐵(Fe₃O₄)奈米粒子的平均直徑，分別約為103±43奈米(nm)和大約828±559奈米(nm)。

由以上反應(yīng)制備出的四氧化三鐵(Fe₃O₄)粒子被發(fā)現(xiàn)可吸收兩個不同頻率范圍的電磁波，其中的一位于THz范圍(圖3A，其最大吸收值位于371THz)，另一位于MHz(megahertz)范圍(圖3B，1.3MHz)。該四氧化三鐵(Fe₃O₄)粒子接著被371THz的電磁波頻率所照射，并用于常用的聚合酶連鎖反應(yīng)的加熱及冷卻循環(huán)，該加熱及冷卻循環(huán)溫度變化的時間顯示于圖4A，其中實施例1.1中粒子的加熱和冷卻速率顯示于圖4B和圖4C中。實施例1.1中的粒子的一平均加熱速率為13.93±0.65℃/秒(圖4B)，以及一平均冷卻速率為6.39±0.50℃/秒(圖4C)。

使用同樣實驗參數(shù)，重復(fù)執(zhí)行實驗后，實施例1.1中的粒子展現(xiàn)出一加熱速率最大值14.7℃/秒、一加熱速率最小值13.0℃/秒、一加熱速率的中位數(shù)值為13.9℃/秒、一加熱速率的第一個四分位數(shù)值為13.3℃/秒，以及一加熱速率的第三個四分位數(shù)值為14.5℃/秒(見圖4B)。

使用同樣實驗參數(shù)，重復(fù)執(zhí)行實驗后，實施例1.1中的粒子展現(xiàn)出一冷卻速率最大值7.24℃/秒、一冷卻速率最小值5.084℃/秒、一冷卻速率的中位數(shù)值為6.17℃/秒、一冷卻速率的第一個四分位數(shù)值為5.95℃/秒，以及一冷卻速率的地三個四分位數(shù)值為6.80℃/秒(見圖4C)。

1.2金奈米粒子的制備

金奈米棒(Au nanorods)的制備與定性方法和實施例1.1中所述的方法類似。金奈米棒的合成方法類似于由B.Nikkobakht和M.A.El-Sayed于2003年所提出的方法(B.Nikoobakht and M.A.El-Sayed,Chem.Mater.2003,15,1957-1962.)。簡要而言，一體積共為12μL的種子溶液(seed solution)，該溶液由0.2M、5毫升(mL)的十六烷基三甲基溴化銨(hexadecyltrimethylammoniumbromide；CTAB)和0.0005M、5毫升(mL)的四氯金酸(HAuCl₄)配置而成，該種子溶液加入一體積共為10毫升(mL)的生長溶液(growth solution)，該生長溶液包含0.2M、5毫升(mL)的CTAB和0.004M、5毫升(mL)的硝酸銀(AgNO₃)。該反應(yīng)保持在室溫狀態(tài)。該生成金奈米棒的尺寸由穿透式電子顯微鏡(TEM)所判斷。每一制備出的金奈米棒的長度約為45奈米(nm)，寬度約為10奈米(nm)。

1.3實施例1.1的粒子、實施例1.2粒子及奈米碳管(carbon nanotubes；CNTs)的光熱性質(zhì)(photo-thermal)的鑒定

在此實施例中，實施例1.1的奈米粒子的光熱性質(zhì)將與其他粒子進(jìn)行比較，包括實施例1.2的金奈米棒和奈米碳管(CNTs；由Golden Innovation Business Co.,Ltd.Taiwan提供)。將不同濃度的粒子(1,250百萬分率(ppm)或2,500百萬分率(ppm))以250、500或1,000毫瓦(mW；milliwatts)的發(fā)光二極管(LEDs)發(fā)出的電磁波照射，同時記錄隨時間進(jìn)程的溫度變化，實驗結(jié)果顯示于圖5A和圖5B。

當(dāng)被一電磁波頻率產(chǎn)生組件產(chǎn)生的電磁波照射時(250毫瓦(mW)，371THz)，四氧化三鐵(Fe₃O₄)粒子、金奈米棒和奈米碳管的溫度被發(fā)現(xiàn)為略高于室溫(大約為29℃)(見圖5A)。而當(dāng)該電磁波頻率產(chǎn)生組件產(chǎn)生的電磁波提升至500毫瓦(mW)時，小尺寸四氧化三鐵(Fe₃O₄)粒子(直徑約為50奈米(nm)至200奈米(nm))和金奈米棒的溫度上升至大約60℃，奈米碳管的溫度上升至大約65℃，而大尺寸四氧化三鐵(Fe₃O₄)粒子(直徑約為250奈米(nm)至1,400奈米(nm))的溫度上升至大約79℃。而當(dāng)功率提升至1,000毫瓦(mW)時，小尺寸四氧化三鐵(Fe₃O₄)粒子和金奈米棒的溫度上升至大約85℃，奈米碳管的溫度上升至大約110℃，大尺寸四氧化三鐵(Fe₃O₄)粒子的溫度上升至120℃。整體而言，每一種粒子的溫度和該電磁波頻率產(chǎn)生組件產(chǎn)生的電磁波功率的提升成正比；且在三種粒子中，四氧化三鐵(Fe3O4)粒子，特別是該大尺寸四氧化三鐵(Fe₃O₄)粒子具有最佳的能量轉(zhuǎn)換性質(zhì)。

類似的實驗結(jié)果也可于各粒子的濃度為2,500百萬分率(ppm)時被觀測到(見圖5B)。

實施例2使用實施例1.1的四氧化三鐵(Fe₃O₄)粒子執(zhí)行的聚合酶連鎖反應(yīng)

2.1包含實施例1.1的四氧化三鐵(Fe₃O₄)粒子的聚合酶連鎖反應(yīng)的反應(yīng)混合物

在本實施例中，濃度為1,000百萬分率(ppm)的實施例1.1的四氧化三鐵(Fe₃O₄)粒子在一反應(yīng)管中直接和聚合酶連鎖反應(yīng)的反應(yīng)混合物混合，該反應(yīng)管隨后被設(shè)定為執(zhí)行聚合酶連鎖反應(yīng)循環(huán)：(1)以功率為700毫瓦(mW)的一雷射二極管所發(fā)出的371THz電磁波照射該反應(yīng)管，直到該反應(yīng)管溫度到達(dá)95℃，接著轉(zhuǎn)為功率500毫瓦(mW)照射15秒～30秒；(2)啟動風(fēng)扇系統(tǒng)以降低該反應(yīng)管溫度直到該反應(yīng)管溫度達(dá)56℃，接著轉(zhuǎn)由250毫瓦(mW)功率照射維持15秒～30秒；(3)以371THz電磁波再次照射該管直到該管溫度達(dá)到72℃，并維持15秒～30秒。重復(fù)30次該聚合酶連鎖反應(yīng)循環(huán)，且以電泳偵測該反應(yīng)所擴(kuò)增的產(chǎn)物(圖6，第4欄)。以一長度為100bps的YEA Ladder DNA Marker II(Yeastern Biotech Co.,Ltd.，型號Cat.No.FYD009-1ML)作為對照(圖6，第一欄)。

上述的程序再與傳統(tǒng)聚合酶連鎖反應(yīng)程序相比(圖6，第5欄)。該傳統(tǒng)實驗程序所述如下：(1)具有一DNA樣本的反應(yīng)混合物被加熱到95℃以使該DNA樣本變性；(2)重復(fù)30個該變性循環(huán)，每一循環(huán)維持95℃并持續(xù)30秒；(3)在56℃和與該相應(yīng)的DNA引子雜交并持續(xù)30秒；(4)以72℃延展該已雜交的引子，并持續(xù)30秒；(5)最后一附加延展的步驟于72℃執(zhí)行，并持續(xù)10分鐘以形成顯示于圖6第5欄的最終產(chǎn)物。

2.2聚合酶連鎖反應(yīng)于實施例1.1的四氧化三鐵(Fe₃O₄)粒子所形成的容器中執(zhí)行

在此實施例中，聚合酶連鎖反應(yīng)的反應(yīng)混合物將置于包含實施例1.1的四氧化三鐵(Fe₃O₄)粒子的材料所構(gòu)成的一容器，以此執(zhí)行此聚合酶連鎖反應(yīng)循環(huán)。該聚合酶連鎖反應(yīng)循環(huán)的啟動與上述實驗步驟相同。

以上示意和描述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。雖然本發(fā)明的許多特點和優(yōu)點以及本發(fā)明結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)已經(jīng)在前面的描述中陳述，所公開的內(nèi)容僅是說明性的，相關(guān)細(xì)節(jié)被可以改變，如物質(zhì)的形狀、尺寸和本發(fā)明原理允許范疇內(nèi)各步驟的順序，一直涵蓋到權(quán)利要求中所用術(shù)語在廣義含義上確立的最大程度。

揭露聲明

敘述1：一種聚合酶鏈鎖反應(yīng)擴(kuò)增核酸序列的方法，該方法包含：將復(fù)數(shù)粒子在一反應(yīng)容器中和一種反應(yīng)混合物接觸，該種反應(yīng)混合物包含目標(biāo)核酸，該復(fù)數(shù)粒子包含一種過渡金屬材料；以頻率約為200kHz～500THz的電磁波照射該復(fù)數(shù)粒子。

敘述2：如敘述1所述的方法，其中該種過渡金屬材料包含一種過渡金屬、一種過渡金屬氧化物、一種過渡金屬氫氧化物、一種第三族金屬化合物摻雜過渡金屬或過渡金屬離子、一種二氧化硅摻雜過渡金屬、一種二氧化硅摻雜過渡金屬氧化物、或一種二氧化硅摻雜過渡金屬氫氧化物。

敘述3：如敘述1或敘述2的任一敘述所述的方法，其中該種反應(yīng)混合物在該種聚合酶鏈鎖反應(yīng)中的溫度上升速率約為13℃/秒～15℃/秒。

敘述4：如敘述1到敘述3的任一敘述所述的方法，其中該種反應(yīng)混和物在該種聚合酶鏈鎖反應(yīng)中的溫度下降速率約為6℃/秒～7℃/秒。

敘述5：如敘述2到敘述4的任一敘述所述的方法，其中該種第三族金屬化合物可為一種氮化物、一種磷化物或一種砷化物的任一種，且該種第三族金屬可為鋁(Al)、鎵(Ga)或銦(In)的任一種。

敘述6：如敘述1到敘述5的任一敘述所述的方法，其中該種過渡金屬材料包含一種或多種過渡金屬氧化物和過渡金屬氫氧化物的組合。

敘述7：如敘述1到敘述6的任一敘述所述的方法，其中該種過渡金屬材料包含以下一種或多種化合物：氧化亞鐵(FeO)、氧化鐵(Fe₂O₃)、四氧化三鐵(Fe₃O₄)、氧(氫氧)化鐵(FeO(OH))、氫氧化亞鐵(Fe(OH)₂)、氫氧化鐵(Fe(OH)₃)、一氧化錳(MnO)、四氧化三錳(Mn₃O₄)、三氧化二錳(Mn₂O₃)、氧(氫氧)化錳(MnO(OH))、二氧化錳(MnO₂)、一氧化鈷(CoO)、氧(氫氧)化鈷(CoO(OH))、四氧化三鈷(Co₃O₄)或一氧化銅(CuO)。

敘述8：如敘述2到敘述6的任一敘述所述的方法，其中該種過渡金屬可為錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)的任一種。

敘述9：如敘述1到敘述8的任一敘述所述的方法，其中該復(fù)數(shù)粒子中至少有一個粒子的流體動力學(xué)直徑約為10奈米(nm)～1,200奈米(nm)。

敘述10：如敘述1到敘述8的任一敘述所述的方法，其中該復(fù)數(shù)粒子中至少有一個粒子的流體動力學(xué)直徑約為200奈米(nm)～1,200奈米(nm)。

敘述11：如敘述1到敘述8的任一敘述所述的方法，其中該復(fù)數(shù)粒子中至少有一個粒子的流體動力學(xué)直徑約為60奈米(nm)～150奈米(nm)。

敘述12：如敘述1到敘述11的任一敘述所述的方法，其中以電磁波照射該復(fù)數(shù)粒子的過程包含增加該種反應(yīng)混合物的溫度至一第一溫度范圍至大約為80℃～105℃，并持續(xù)約0.5分鐘～1分鐘，以使該目標(biāo)DNA變性；增加該種反應(yīng)混合物的溫度至一第二溫度范圍至大約為35℃～65℃，并持續(xù)約0.5分鐘～1分鐘，以使一對引子和該變性的目標(biāo)DNA雜交；增加該種反應(yīng)混合物的溫度至一第三溫度范圍至大約為40℃～80℃，并持續(xù)約0.5分鐘～1分鐘，以延展合成方式擴(kuò)增該目標(biāo)核酸序列。

敘述13：一種用于聚合酶鏈鎖反應(yīng)擴(kuò)增目標(biāo)核酸序列的儀器，該種儀器包含：一種微處理器被設(shè)定為通信耦合至一種使用者輸入設(shè)備，并由該種使用者輸入設(shè)備接收指令，且該種微處理器執(zhí)行該接收的指令；一種反應(yīng)容器和該種微處理器通信耦合并容置聚合酶鏈鎖反應(yīng)中的試劑和復(fù)數(shù)粒子；一種溫度傳感器通信耦合至該種反應(yīng)容器和該種微處理器；一種電磁波產(chǎn)生組件通信耦合至該種微處理器并被設(shè)定為可導(dǎo)引一電磁波至該種反應(yīng)容器，其中該復(fù)數(shù)粒子包含一種過渡金屬材料。

敘述14：如敘述13所述的儀器，其中該種電磁波產(chǎn)生組件被設(shè)定為可產(chǎn)生100THz至600THz的頻率范圍的電磁波。

敘述15：如敘述13所述的儀器，其中該種電磁波產(chǎn)生組件被設(shè)定為可產(chǎn)生300THz～400THz的頻率范圍的電磁波。

敘述16：如敘述13所述的儀器，其中該種電磁波產(chǎn)生組件被設(shè)定為可產(chǎn)生1MHz～2MHz的頻率范圍的電磁波。

敘述17：如敘述13到敘述16的任一敘述所述的儀器，更進(jìn)一步包含：一種溫度控制回路以控制該種反應(yīng)容器外殼的該種溫度傳感器；一種加熱控制回路以調(diào)整由該種電磁波產(chǎn)生組件所產(chǎn)生的該電磁波的頻率強(qiáng)度，其中該種微處理器耦合至該種溫度控制回路及該種加熱控制回路。

敘述18：如敘述17所述的儀器，其中該種微處理器被設(shè)定為增加該種反應(yīng)混合物的溫度至一第一溫度范圍至大約為80℃～105℃，并持續(xù)約0.5分鐘～1分鐘，以使該目標(biāo)DNA變性；增加該種反應(yīng)混合物的溫度至一第二溫度范圍大約為35℃～65℃，并持續(xù)約0.5分鐘～1分鐘，以使一對引子和該變性的目標(biāo)DNA雜交；增加該種反應(yīng)混合物的溫度至一第三溫度范圍大約為40℃～80℃，并持續(xù)約0.5分鐘～5分鐘，以延展合成方式擴(kuò)增該目標(biāo)核酸序列。

敘述19：如敘述13到敘述18的任一敘述所述的儀器，更進(jìn)一步包含一種無線通信回路以和該種使用者輸入設(shè)備進(jìn)行無線通信。

敘述20：如敘述13到敘述19的任一敘述所述的儀器，其中該種過渡金屬材料包含一種過渡金屬、一種過渡金屬氧化物、一種過渡金屬氫氧化物、一種第三族金屬化合物摻雜過渡金屬或過渡金屬離子、一種二氧化硅摻雜過渡金屬、一種二氧化硅摻雜過渡金屬氧化物、或者一種二氧化硅摻雜過渡金屬氫氧化物。

敘述21：如敘述13到敘述20的任一敘述所述的儀器，其中該過渡金屬材料包含以下一種或多種化合物：氧化亞鐵(FeO)、氧化鐵(Fe₂O₃)、四氧化三鐵(Fe₃O₄)、氧(氫氧)化鐵(FeO(OH))、氫氧化亞鐵(Fe(OH)2)、氫氧化鐵(Fe(OH)₃)、一氧化錳(MnO)、四氧化三錳(Mn3O4)、三氧化二錳(Mn₂O₃)、氧(氫氧)化錳(MnO(OH))、二氧化錳(MnO₂)、一氧化鈷(CoO)、氧(氫氧)化鈷(CoO(OH))、四氧化三鈷(Co₃O₄)或一氧化銅(CuO)。

敘述22：如敘述20所述的儀器，其中該種第三族金屬化合物可為一種氮化物、一種磷化物或一種砷化物的任一種，且該種第三族金屬可為鋁(Al)、鎵(Ga)或銦(In)的任一種。

敘述23：如敘述13到敘述22的任一敘述所述的儀器，其中該種過渡金屬材料包含一種或多種過渡金屬氧化物和過渡金屬氫氧化物的組合。

敘述24：如敘述13到敘述23的任一敘述所述的儀器，其中該種過渡金屬可為錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)的任一種。

敘述25：如敘述13到敘述24的任一敘述所述的儀器，其中該復(fù)數(shù)粒子中至少有一個粒子的流體動力學(xué)直徑約為10奈米(nm)～1,200奈米(nm)。

敘述26：如敘述13到敘述24的任一敘述所述的儀器，其中該復(fù)數(shù)粒子中至少有一個粒子的流體動力學(xué)直徑約為200奈米(nm)～1,200奈米(nm)。

敘述27：如敘述13到敘述24的任一敘述所述的儀器，其中該復(fù)數(shù)粒子中至少有一個粒子的流體動力學(xué)直徑約為60奈米(nm)～150奈米(nm)。

敘述28：如敘述13到敘述27的任一敘述所述的儀器，其中該種使用者輸入設(shè)備可選自一種可攜式電話、一種筆記本計算機(jī)、和一種平板計算機(jī)其中之一。

敘述29：如敘述13到敘述28的任一敘述所述的儀器，其中該種儀器的體積不大于500cm³。

敘述30：一種聚合酶連鎖反應(yīng)容器，該種容器包含一層或多層薄膜、涂層或復(fù)數(shù)奈米粒子層，該種薄膜、該種涂層或該種復(fù)數(shù)奈米粒子層包含一種過渡金屬材料于該種容器的表面。

敘述31：如敘述30所述的容器，其中該種過渡金屬材料包含一種過渡金屬、一種過渡金屬氧化物、一種過渡金屬氫氧化物、一種第三族金屬化合物摻雜過渡金屬或過渡金屬離子、一種二氧化硅摻雜過渡金屬、一種二氧化硅摻雜過渡金屬氧化物、或者一種二氧化硅摻雜過渡金屬氫氧化物。

敘述32：如敘述30到敘述31的任一敘述所述的容器，其中該過渡金屬材料包含以下一種或多種化合物：氧化亞鐵(FeO)、氧化鐵(Fe₂O₃)、四氧化三鐵(Fe₃O₄)、氧(氫氧)化鐵(FeO(OH))、氫氧化亞鐵(Fe(OH)₂)、氫氧化鐵(Fe(OH)₃)、一氧化錳(MnO)、四氧化三錳(Mn₃O₄)、三氧化二錳(Mn₂O₃)、氧(氫氧)化錳(MnO(OH))、二氧化錳(MnO₂)、一氧化鈷(CoO)、氧(氫氧)化鈷(CoO(OH))、四氧化三鈷(Co₃O₄)或一氧化銅(CuO)。

敘述33：如敘述31所述的容器，其中該種第三族金屬化合物可為一種氮化物、一種磷化物或一種砷化物的任一種，且該種第三族金屬可為鋁(Al)、鎵(Ga)或銦(In)的任一種。

敘述34：如敘述30到敘述33的任一敘述所述的容器，其中該種過渡金屬可為錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)或銅(Cu)的任一種。

敘述35：如敘述30到敘述35的任一敘述所述的容器，其中該種奈米粒子包含一種或多種過渡金屬氧化物和過渡金屬氫氧化物的組合。

敘述36：如敘述30到敘述35的任一敘述所述的容器，其中該復(fù)數(shù)粒子中至少有一個粒子的流體動力直徑約為10奈米(nm)～1,200奈米(nm)。

敘述37：如敘述30到敘述35的任一敘述所述的容器，其中該復(fù)數(shù)粒子中至少有一個粒子的流體動力直徑約為200奈米(nm)～1,200奈米(nm)。

敘述38：如敘述30到敘述35的任一敘述所述的容器，其中該復(fù)數(shù)粒子中至少有一個粒子的流體動力直徑約為60奈米(nm)～150奈米(nm)。

敘述43：一種微流體生物芯片，其中該種微流體生物芯片包含敘述30到敘述38的任一敘述所述的容器。

敘述44：一種受電磁波(EMR)照射后會在聚合酶連鎖反應(yīng)儀器中產(chǎn)熱的奈米粒子，該電磁波的頻率范圍大約在300THz～400THz間，該奈米粒子具有一流體力學(xué)直徑約為50奈米(nm)～200奈米(nm)，其中該奈米粒子包含一種過渡金屬氧化物或一種過渡金屬氫氧化物。

本揭露前述的組合物和方法已說明并揭示目的描述。其并不在于窮盡或?qū)⒈窘衣断拗朴谀壳八沂窘M合物和方法，且顯然地，許多修改和變化是可能的基于前述教示而來。優(yōu)選和描述這些實施例是為最佳說明本揭露的原理及其實際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠已最佳方式并適當(dāng)?shù)男薷膩砝帽窘衣兜奶囟ㄓ猛?。本揭露的范圍由所附的?quán)利要求及其均等限定。