CN102304464B

CN102304464B - 一种多重聚合酶链式反应扩增仪

Info

Publication number: CN102304464B
Application number: CN 201110300614
Authority: CN
Inventors: 孔令学; 廖晓志; d·苏格玛; 秦操; 程仁镇
Original assignee: WUHAN NEWORLD BIOTECHNOLOGY CO Ltd
Current assignee: WUHAN NEWORLD BIOTECHNOLOGY CO Ltd
Priority date: 2011-10-08
Filing date: 2011-10-08
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-10-08
Also published as: CN102304464A

Abstract

本发明公开了一种多重聚合酶链式反应扩增仪，属于聚合酶链式反应技术领域。该装置包括机壳，所述机壳内部安装有传动装置，所述传动装置上方安装有轮盘，所述轮盘和所述传动装置之间安装有加热控温装置，所述传动装置带动所述轮盘从一个温区移动到另一个温区，所述机壳前端安装有触摸显示屏，所述机壳后端安装有USB端口和JTAG端口，所述机壳内安装有控制板，所述控制板控制所述加热控温装置、触摸显示屏、USB端口和JTAG端口。本装置操作方便，提高了PCR仪扩增速度，缩短整个检测时间，使其更方便的应用于临床检测，特别是突发性传染病的检测，为疾病的治疗和控制赢取宝贵的时间。

Description

一种多重聚合酶链式反应扩增仪

技术领域

本发明属于聚合酶链式反应技术领域，具体涉及一种多重聚合酶链式反应扩增仪。

背景技术

PCR技术（即聚合酶链式反应）是将微生物样品在DNA聚合酶催化下根据DNA模块的特征进行特定基因的扩征。整个工作过程是在三种不同温度的恒温条件下由高温变性、低温退火和中等温度引物延伸三步循环完成的，一个样品一般需要20-40次这样的循环反应以实现DNA扩增。

自发明了具有划时代意义的聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)，使得人们可以在体外有目的无限扩增特定核酸片段。其原理类似于DNA的体内复制，只是在离心管中给DNA体外合成提供一种合适条件。经过多年的发展这以技术已经非常成熟，现在已是分子生物学研究和临床诊断领域中最重要和最常用的技术。PCR仪的出现使该技术实现了自动化，使得PCR的技术应用更加广泛，例如在诊断遗传性疾患、检测临床标本中病原体的核酸、对法医标本做遗传学鉴定，以及分析激活癌基因中的突变情况等方面都得到了广泛的应用。预期同时，针对不同的应用领域，PCR仪也发展成为很多类型，如梯度PCR仪，定量PCR仪，仪器的升降温方式可有气体加温、水加温和电热块加温等不同方式。但是现有的PCR仪中，有的存在升降温过程，整个扩增时间较长，尤其是在突发性传染病的检测方面受到了限制。有的PCR仪操作复杂(如专利CN101748056 A样本芯片的安放和取出很不方便)不利于临床上大量的检测工作的操作。

提高PCR仪扩增速度，缩短整个检测时间，使其更方便的应用于临床检测，特别是突发性传染病的检测，为疾病的治疗和控制赢取宝贵的时间则是PCR仪检测技术未来的一个重要发展方向。

发明内容

本发明的目的是为解决上述问题而提供了一种多重聚合酶链式反应扩增仪，该装置操作方便，提高了PCR仪扩增速度，缩短整个检测时间，使其更方便的应用于临床检测，特别是突发性传染病的检测，为疾病的治疗和控制赢取宝贵的时间。

本发明所采用的技术方案是：

一种多重聚合酶链式反应扩增仪，包括机壳，所述机壳内部安装有传动装置，所述传动装置上方安装有轮盘，所述轮盘和所述传动装置之间安装有加热控温装置，所述传动装置带动所述轮盘从一个温区移动到另一个温区，所述机壳前端安装有触摸显示屏，所述机壳后端安装有USB端口和JTAG端口，所述机壳内安装有控制板，所述控制板控制所述加热控温装置、触摸显示屏、USB端口和JTAG端口。

进一步地，所述传动装置包括固定架、偏心轮和限位盖板，所述固定架安装在所述机壳内的传动装置安装孔内，所述固定架中间固定有步形马达，所述偏心轮的偏心孔对准所述步形马达的马达轴，并固定在所述步形马达的马达轴上，所述固定架上部安装有推动杆，所述推动杆上部安装有套筒，所述套筒内安装有传动轴，所述限位盖板的中间孔套进所述传动轴上部，并固定在所述套筒上端。

进一步地，所述轮盘一端的凸台上安装有压盖，所述压盖可将所述轮盘全部盖住，所述轮盘上均匀分布方槽，所述方槽内安装有DNA标本芯片，所述压盖上均匀分布弹性垫片，所述弹性垫片的位置在所述DNA标本芯片正上方，所述压盖上安装有锁紧旋钮，所述锁紧旋钮用来锁紧轮盘和盖板，所述轮盘的材料为耐高温塑料。

优选地，所述DNA标本芯片和弹性垫片的数量为八个。

进一步地，所述加热控温装置包括限位安装板、温度探头和底板，所述限位安装板的限位孔内安装有底座，所述底座的固定槽内安装有紫铜板，所述紫铜板的下表面紧贴加热片，所述温度探头穿过加热片中间的孔紧贴所述紫铜板下表面，所述底座和所述底板之间安装有弹簧，所述底座安装在所述限位安装板的下方，所述限位安装板的台阶面上安装有转接电路板，所述加热片和温度探头接在所述转接电路板上相对应的接触点上。

优选地，所述加热控温装置有变形温区、第一退火温区、第二退火温区、第一延伸温区和第二延伸温区五个温区。

优选地，所述底座、紫铜板、加热片、温度探头和弹簧的数量为五个。

进一步地，所述限位安装板下端安装有散热风扇，所述散热风扇对着第一退火温区和第二退火温区底座的通孔。

更进一步地，所述限位安装板中间的孔套进所述传动轴内，并于所述套筒上端面连接，所述轮盘中间的孔套进所述传动轴内，所述轮盘和传动轴用圆头螺母加以固定，所述轮盘在传动装置上方。

所述PCB板上安装有微处理芯片、温控模块、电机驱动模块、触摸液晶屏模块、USB模块、JTAG模块、报警模块，所述微处理芯片分别与温控模块、电机驱动模块、触摸液晶屏模块、USB模块、JTAG模块、报警模块连接，并控制温度控制电路模块、电机驱动模块、触摸液晶屏模块、USB模块、JTAG模块、报警模块；所述电机驱动模块包括电平转换芯片、电机驱动端口和电机驱动电路；所述触摸液晶屏模块包括液晶显示驱动芯片、触摸屏转换芯片、触摸显示端口和触摸液晶屏驱动电路；所述USB模块包括USB数据存储电路模块、USB系统升级电路模块和USB端口，所述USB数据存储电路模块由USB数据存储芯片及USB数据存储驱动电路组成，所述USB系统升级模块由程序烧写模块及USB系统升级驱动电路组成；所述JTAG模块包括JTAG端口和JTAG驱动电路；所述报警模块包括蜂鸣器和报警驱动电路。

进一步地，控制板上还包括实时时钟模块，所述实时时钟模块包括实时时钟晶振、实时时钟电池和实时时钟芯片。

进一步地，所述控制板上还包括电源芯片，所述电源芯片将电压转换为1.9V、3.3V、5V供各个电路模块使用。

本发明具有以下优点：

本装置结构简单，操作方便，升温过程和扩增时间较短，提高了PCR仪扩增速度，缩短整个检测时间，使其更方便的应用于临床检测，特别是突发性传染病的检测，为疾病的治疗和控制赢取宝贵的时间。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例提供的一种多重聚合酶链式反应扩增仪的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种多重聚合酶链式反应扩增仪中热控温装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种多重聚合酶链式反应扩增仪中轮盘的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种多重聚合酶链式反应扩增仪中传动装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种多重聚合酶链式反应扩增仪中控制板的结构实体图。

具体实施方式

参照图1，该装置主要包括机壳1。机壳1内部安装有传动装置28，传动装置28上方安装有轮盘16，轮盘16和传动装置25之间安装有加热控温装置29，传动装置28带动轮盘16从一个温区移动到另一个温区。机壳1前端安装有触摸显示屏2，机壳后端安装有USB端口7和JTAG端口8。机壳1内安装有控制板3，控制板3控制所述加热控温装置29、触摸显示屏2、USB端口7和JTAG端口8。

参照图4，传动装置28包括固定架22、偏心轮23和限位盖板26。固定架22安装在机壳1内的传动装置安装孔内，固定架22中间固定有步形马达21。偏心轮23的偏心孔对准所述步形马达21的马达轴，并固定在所述步形马达21的马达轴上。固定架22上部安装有推动杆24，推动杆24上部安装有套筒25，套筒25内安装有传动轴27，限位盖板26的中间孔套进传动轴27上部，并固定在套筒25上端。本传动装置的核心在于套筒25内的结构，其具体结构和工作原理见本申请人201120043240.1实用新型专利。

参照图3，轮盘16一端的凸台上安装有压盖19，压盖19可将轮盘16全部盖住。轮盘16上均匀分布方槽，方槽内安装有DNA标本芯片17。压盖19上均匀分布弹性垫片18，弹性垫片18的位置在所述DNA标本芯片17正上方，压盖19上安装有锁紧旋钮20，锁紧旋钮20用来锁紧轮盘16和盖板19，轮盘16的材料为耐高温塑料。DNA标本芯片17和弹性垫片18的数量为八个。

参照图2，加热控温装置29包括限位安装板10、温度探头13和底板5。限位安装板10的限位孔内安装有底座11，底座11的固定槽内安装有紫铜板12，紫铜板12的下表面紧贴加热片15。温度探头13穿过加热片15中间的孔紧贴紫铜板12下表面。底座11和底板5之间安装有弹簧14，底座11安装在限位安装板10的下方。限位安装板10的台阶面上安装有转接电路板9，加热片15和温度探头13接在转接电路板9上相对应的接触点上。加热控温装置29有变形温区30、第一退火温区31、第二退火温区32、第一延伸温区33和第二延伸温区五个温区34。底座11、紫铜板12、加热片15、温度探头13和弹簧14的数量为五个。限位安装板10下端安装有散热风扇6，散热风扇6对着第一退火温区31和第二退火温区32底座11的通孔。加热控温装置29上分布的多个温区可单个控制，每一个温区可单独设定温度，当达到每一次设定的温度后，各温区都处于恒温状态，在整个检测过程中每个温区无需进行升降温。在PCR扩增过程中，变性和退火的持续时间是最少的。延伸工序所需时间由变性和退火工序所需时间决定加倍，加热装置上设有第一延伸温区33和第二延伸温区34，在一次循环过程中就减少了一个延伸时间（约20秒）在PCR扩增过程中减少了总循环时间（约600秒）。在第一退火温区31和第一退火温区32底座11有两个通孔，底座11下部装有一个散热风扇将装有DNA标本的芯片从变性温区带过来的热量快速的降到退火温区开始设定的温度，真正实现了PCR的快速扩增；每个温区底座下面安有弹簧14，当传动装置25上的传动轴27带动轮盘16往下压，各温区下的弹簧将各温区往上定，使DNA标本芯片17下表面与各温区的上表面无缝接触，使得DNA标本受热温度更准确，受热速度更准确；在同时检测多种DNA标本时，对退火温区温度要求是不同的，加热控温装置29上设有两个退火温区并可单个设置温度，真正满足了多重PCR同时扩增的要求。

参照图1，限位安装板10中间的孔套进传动轴27内，并与套筒25上端面连接。轮盘16中间的孔套进传动轴27内，轮盘16和传动轴27用圆头螺母4加以固定，轮盘16在传动装置28上方。

参照图5，控制板3安装在机壳内的机壳1安装孔内。PCB板上安装有微处理芯片35、温控模块、电机驱动模块、触摸液晶屏模块、USB模块、JTAG模块、报警模块。微处理芯片35分别与温控模块、电机驱动模块、触摸液晶屏模块、USB模块、JTAG模块、报警模块连接，并控制温控模块、电机驱动模块、触摸液晶屏模块、USB模块、JTAG模块、报警模块。本实施例中，采用TMS320F28335作为微处理芯片35。

温控模块包括温度控制电路模块36和温控端口37，温控模块用于加热部件的温度采集，及加热器件的供电控制。

电机驱动模块包括电平转换芯片38、电机驱动端口39和电机驱动电路，电机驱动模块的功能是将微处理芯片驱动信号进行信号电平转换，输出至电机驱动器。

触摸液晶屏模块包括液晶显示驱动芯片40、触摸屏转换芯片41、触摸显示端口42和触摸液晶屏驱动电路，触摸液晶屏模块用于驱动液晶屏的显示，同时接收触摸屏的触摸信号。

USB模块包括USB数据存储电路模块、USB系统升级电路模块和USB端口7，USB数据存储电路模块由USB数据存储芯片43及USB数据存储驱动电路组成，USB系统升级模块由程序烧写模块44及USB系统升级驱动电路组成，USB模块用于实现控制板对外部存储设备的数据访问及实现控制系统的软件升级。

JTAG模块包括JTAG端口8和JTAG驱动电路，JTAG模块用于系统升级及系统仿真调试。

报警模块包括蜂鸣器47和报警驱动电路48，报警模块用于控制板各种异常警示。

控制板上还包括实时时钟模块，实时时钟模块包括实时时钟晶振49、实时时钟电池50和实时时钟芯片。实时时钟模块提供日期时间信息和控制板的时间参考。

控制板上还包括电源芯片51，电源芯片51将电压转换为1.9V、3.3V、5V供各个电路模块使用。

本装置的工作过程为：本装置的工作过程为：将DNA标本芯片置于轮盘16的方槽中，锁紧压盖19，合上机箱机壳1。接通电源，打开机箱上的电源开关。通过触摸液晶屏2上的设置键指示，设置相应的参数。设置完成后，点击触摸液晶屏2上的开始键，仪器启动，轮盘16被顶起。当加热控温装置29的温度达到设定值时，轮盘16回位，DNA标本芯片17进入扩增状态。扩增结束后，蜂鸣器47警示扩增完成，触摸液晶屏2提示是否存储数据，此时可根据需要将DNA扩增过程中的温度、时间、日期、循环次数等数据通过USB端口7存到外部U盘或其他存储设备中。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种多重聚合酶链式反应扩增仪，包括机壳，其特征在于，所述机壳内部安装有传动装置，所述传动装置上方安装有轮盘，所述轮盘和所述传动装置之间安装有加热控温装置，所述传动装置带动所述轮盘从一个温区移动到另一个温区，所述机壳前端安装有触摸显示屏，所述机壳后端安装有USB端口和JTAG端口，所述机壳内安装有控制板，所述控制板控制所述加热控温装置、触摸显示屏、USB端口和JTAG端口，所述传动装置包括固定架、偏心轮和限位盖板，所述固定架安装在所述机壳内的传动装置安装孔内，所述固定架中间固定有步形马达，所述偏心轮的偏心孔对准所述步形马达的马达轴，并固定在所述步形马达的马达轴上，所述固定架上部安装有推动杆，所述推动杆上部安装有套筒，所述套筒内安装有传动轴，所述限位盖板的中间孔套进所述传动轴上部，并固定在所述套筒上端，所述加热控温装置包括限位安装板、温度探头和底板，所述限位安装板的限位孔内安装有底座，所述底座的固定槽内安装有紫铜板，所述紫铜板的下表面紧贴加热片，所述温度探头穿过加热片中间的孔紧贴所述紫铜板下表面，所述底座和所述底板之间安装有弹簧，所述底座安装在所述限位安装板的下方，所述限位安装板的台阶面上安装有转接电路板，所述加热片和温度探头接在所述转接电路板上相对应的接触点上。

2.根据权利要求1所述的多重聚合酶链式反应扩增仪，其特征在于，所述轮盘一端的凸台上安装有压盖，所述压盖可将所述轮盘全部盖住，所述轮盘上均匀分布方槽，所述方槽内安装有DNA标本芯片，所述压盖上均匀分布弹性垫片，所述弹性垫片的位置在所述DNA标本芯片正上方，所述压盖上安装有锁紧旋钮，所述锁紧旋钮用来锁紧轮盘和盖板，所述轮盘的材料为耐高温塑料。

3.根据权利要求2所述的多重聚合酶链式反应扩增仪，其特征在于，所述DNA标本芯片和弹性垫片的数量为八个。

4.根据权利要求1所述的多重聚合酶链式反应扩增仪，其特征在于，所述加热控温装置有变温区、第一退火温区、第二退火温区、第一延伸温区和第二延伸温区五个温区。

5.根据权利要求1所述的多重聚合酶链式反应扩增仪，其特征在于，所述底座、紫铜板、加热片、温度探头和弹簧的数量为五个。

6.根据权利要求1所述的多重聚合酶链式反应扩增仪，其特征在于，所述限位安装板下端安装有散热风扇，所述散热风扇对着第一退火温区和第二退火温区底座的通孔。

7.根据权利要求1至6任一项所述的多重聚合酶链式反应扩增仪，其特征在于，所述限位安装板中间的孔套进所述传动轴内，并于所述套筒上端面连接，所述轮盘中间的孔套进所述传动轴内，所述轮盘和传动轴用圆头螺母加以固定，所述轮盘在传动装置上方。

8.根据权利要求1所述的多重聚合酶链式反应扩增仪，其特征在于，所述控制板上安装有微处理芯片、温控模块、电机驱动模块、触摸液晶屏模块、USB模块、JTAG模块、报警模块，所述微处理芯片分别与温控模块、电机驱动模块、触摸液晶屏模块、USB模块、JTAG模块、报警模块连接，并控制温度控制电路模块、电机驱动模块、触摸液晶屏模块、USB模块、JTAG模块、报警模块；所述温控模块包括温度控制电路模块和温控端口；所述电机驱动模块包括电平转换芯片、电机驱动端口和电机驱动电路；所述触摸液晶屏模块包括液晶显示驱动芯片、触摸屏转换芯片、触摸显示端口和触摸液晶屏驱动电路；所述USB模块包括USB数据存储电路模块、USB系统升级电路模块和USB端口，所述USB数据存储电路模块由USB数据存储芯片及USB数据存储驱动电路组成，所述USB系统升级模块由程序烧写模块及USB系统升级驱动电路组成；所述JTAG模块包括JTAG端口和JTAG驱动电路；所述报警模块包括蜂鸣器和报警驱动电路。

9.根据权利要求8所述的多重聚合酶链式反应扩增仪，其特征在于，控制板上还包括实时时钟模块，所述实时时钟模块包括实时时钟晶振、实时时钟电池和实时时钟芯片。

10.根据权利要求8所述的多重聚合酶链式反应扩增仪，其特征在于，所述控制板上还包括电源芯片，所述电源芯片将电压转换为1.9V、3.3V、5V供各个电路模块使用。