CN103160426B - 一种pcr基因扩增仪模块机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型PCR基因扩增仪模块机构，包括模块本体，还设置有与模块本体紧密连接的模块导热均板以及设置在模块导热均板上的多个传感器固定柱，所述的模块本体上设置有若干试管孔槽，试管孔槽的底部与试管孔槽开口方向相反的一侧设有若干个对应于试管孔槽的导热柱，所述的导热柱的端面与模块导热均板的板面贴压在一起。该模块机构采用导热柱与模块导热均板相接触，将热量直接传递给试管孔槽，由于模块本体和模块导热均板质量较小，对发热芯片的功率要求低，因此该模块机构升降温速度快，传递温度均匀性高，功率要求低，同时采用直径不等的导热柱，有效地解决了边缘效应，大大的改善了仪器整体的基因扩增效果和检测性能的精准度及稳定性。

Description

一种PCR基因扩增仪模块机构

技术领域

本发明涉及基因扩增仪技术领域，尤其是涉及一种PCR基因扩增仪模块机构。

背景技术

PCR基因扩增仪是一款用于提供模拟基因扩增时在各个阶段所需的温度设备，并增加低温储存和荧光检测等功能，适用于人类基因组工程学，法医学、肿瘤学、组织和群体生物学、古生物学、动物学、植物学等研究领域及病毒、肿瘤、遗传病等临床诊断领域的聚合酶链反应荧光定量检测。

PCR基因扩增仪工作关键是温度控制。温度的均一性关系到不同样品孔之间反应结构的一致性，“位置的边缘效应”会影响结构的可重复性。升降温速度快，可以提高工作效率，提高PCR反应特异性。

目前市场所有PCR基因扩增仪，包括有编写好各阶段温度控制程序的主机平台，再通过主机平台给带有制冷加热芯片的模块机构进行功率输出，使模块机构上的试管凹槽表面温度达到基因扩增所需的温度，将装有需要扩增试剂的试管插入模块机构上的试管凹槽内进行扩增，通过热盖部件加温，来保证试管内的试剂不被蒸发和集露试管壁上，再通过光电探头的激发和吸收荧光数据进行分析，从而得出各种判断的结果。

PCR基因扩增仪的模块机构是PCR基因扩增仪的关键元件之一，决定了PCR基因扩增仪整体的基因扩增效果和检测性能精准度及稳定性。目前市场的PCR基因扩增仪，其模块机构均采用整体材料精加工或铸造而成，都存在模块机构的边缘效应、均匀性及升降温速度较低的现象，严重制约目前同类产品的性能、生产成本及形体大小，使整个行业的发展受到较大影响。

中国专利文献（公告日：2012年11月14日，公告号：CN202530086U）公开了一种基于PCR基因扩增仪的模块机构，包括模块上体、与模块上体密闭连接的模块座、传感器和加热制冷芯片，所述的模块上体上均匀设置有若干个试管孔槽，模块上体上与试管孔槽的开口方向相反的一侧构成若干凹槽，所述的模块上体与模块座构成一整体密闭腔体，所述的密闭腔体内填充有含有大量导热离子的超导热介质，所述的加热制冷芯片与模块座固定连接，所述的传感器设置在模块座和加热制冷芯片之间。

上述技术方案采用含有大量导热离子的超导热介质，来解决对温度均衡，提高升降温速度，进而改善仪器整体的基因扩增效果和检测性能的精准度及稳定性。 上述技术方案也存在一定局限性，因为导热离子的超导热介质有其自身的局限性。

中国专利文献（公告日：1997年7月30日，公告号：CN2258618Y）公开了一种多功能PCR基因扩增仪的样品槽。该样品槽分为左、右两区，其中左区槽板上设有放置试管的盲孔，用以进行试管PCR；右区槽板上设有放置载玻片的平台，用于进行原位PCR、原位分子杂交和免疫组织化学试验。槽板加热部分是从侧面插入槽板本体的电热元件；冷却部分是位于槽板底面的水冷槽。

上述技术是为了解决样品槽功能单一，升降温速度慢的问题，而对于PCR基因扩增仪边缘效应和升温速率不足的问题并未涉及。

中国专利文献（公告日：2011年5月11日，公告号：CN201825953U）公开了一种带精密温度补偿的变温金属模块，在所述的变温金属模块上设置有样品孔，包括温度补偿加热器，所述的温度补偿加热器的设置数量小于或等于所述样品孔的设置数量，所述的温度补偿加热器与控制电路相连接，所述的每个温度补偿加热器单独设置在样品孔周围。

上述技术方案是为了解决对样品孔温度补偿的问题，虽然该方案可以实现对样品孔的温度进行补偿，但该结构复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中PCR基因扩增仪模块机构共同存在的边缘效应和升温速率不足的问题而提供一种能够使表面温度达到均衡并超速升温的PCR基因扩增仪模块机构。

本发明实现其技术目的所采用的技术方案是：一种PCR基因扩增仪模块机构，包括模块本体，还设置有与模块本体紧密连接的模块导热均板以及设置在模块导热均板上的多个传感器固定柱，所述的模块本体上设置有若干试管孔槽，试管孔槽的底部与试管孔槽开口方向相反的一侧设有若干个对应于试管孔槽的导热柱，所述的导热柱的端面与模块导热均板的板面贴压在一起。该模块机构，通过在试管孔槽开口方向相反的一侧设置对应于试管孔槽的导热柱，该导热柱与模块导热均板贴压在一起，这样的结构使得模块导热均板上的热量可以直接传递给导热柱，而导热柱与试管孔槽是一体结构，完全克服了目前PCR基因扩增仪模块机构共同存在的边缘效应，使模块上每个试管孔槽的温度达到均衡，温差都控制在0.05℃至0.1℃范围之内，升降温速度达到空前的10℃／秒以上的速度，这样就大大降低了对加热制冷芯片的功率要求，减小了设备的输出功率，降低了设备的成本。同时，由于模块本体和模块导热均板的质量较小，不需要导热介质，有利于温度均匀性控制，热传递效率远远高于采用导热介质或普通PCR基因扩增仪模块机构的传热效率，能迅速将发热源的热量均匀地传导至模块本体的试管孔槽表面，由于该结构的设置，使得此类产品的升降温速度远远超过目前同类产品5.5℃／秒，升降温速度可以达到10℃／秒以上，大大满足各种基因的快速扩增需求。

作为优选，所述的导热柱为圆柱体结构，远离设置在模块导热均板下方的发热源的导热柱的直径大于发热源中心处的导热柱直径。导热柱的直径大小不等，远离发热源的导热柱直径大于发热源中心处的导热柱直径，这样的结构是为了解决边缘效应、提高热传递的均匀性以及提高升降温速度，由于导热柱的端面与模块导热均板贴压在一起，接触面积越大，传递的热量越高，针对不同的试验目的，该PCR基因扩增仪模块机构中的导热柱直径可以做不同的设计，而对于同一模块本体上的导热柱也可以根据发热源的设置位置，将远离发热源的导热柱直径设置的大于发热源中心处的导热柱直径，将边缘处的直径设计的大于中心处的，或者由外向内呈递减结构设置导热柱的直径。

作为优选，所述的试管孔槽呈矩阵结构均布在模块本体上。模块本体上的试管孔槽可以根据需要设置呈矩阵结构，而对应于试管孔槽的导热柱也呈矩阵结构，当然也可以是其他结构，只要满足试验目的即可。

作为优选，设置在模块本体边缘处的导热柱的直径大于设置在模块本体中部的导热柱的直径。优选设置在模块本体边缘处的导热柱的直径大于设置在模块本体中部的导热柱的直径，这样的结构一般情况下是在发热源设置在模块本体中部或者发热源均匀布设在模块本体上时，由于模块本体边缘处散热快，中间部分散热慢，这样的结构可以有效地解决边缘效应，同时也使得热传递更加均匀，升降温速度会更快。

作为优选，所述的传感器固定柱的内部设有传感器安装腔，所述的传感器安装腔的开口朝向模块导热均板一侧，模块导热均板上对应于传感器安装腔设置有安装孔，所述的传感器固定柱与模块导热均板为一体结构。传感器固定柱的内部设有传感器安装腔，模块导热均板上设置安装孔是为了方便传感器的设置，进而使传感器能够更好地检测试管孔槽的温度，设定温度控制程序。

作为优选，模块本体、模块导热均板和传感器固定柱分别是由具有良好导热性能的材料构成的导热构件，所述的模块本体、模块导热均板和传感器固定柱形成一完整的PCR基因扩增仪模块机构。模块本体、模块导热均板和传感器固定柱优选导热性能良好的导热构件，是为了保证能迅速将发热源的温度均匀地传导至模块本体的试管孔槽表面。

作为优选，所述的模块本体上设有试管孔槽一侧的外表面上还设有隔热垫，所述的隔热垫上对应于试管孔槽设置有若干个圆孔。当模块机构工作时，为了减少外界环境温度对模块机构的表面温度的影响，因此，在模块本体上设置试管孔槽的外表面包裹一层具有良好隔热效果的隔热垫，这样，模块机构的温度和设定程序的温度更趋于同步，控制更精准。

作为优选，所述的隔热垫是由具有良好隔热效果的材料构成的构件。隔热垫设置为隔热效果良好的构件，是为了避免模块机构受外界环境的影响。

作为优选，模块本体和模块导热均板的外侧还设置有模块罩，所述的模块罩盖罩在隔热垫上，所述的模块罩上对应于隔热垫上的圆孔设有若干开孔。设置模块罩的目的是为了将隔热垫、模块本体和模块导热均板盖牢，以减少外界环境温度对模块机构的表面温度的影响。

作为优选，所述的模块罩是由耐温材料构成的罩体。模块罩设置为耐温罩体，是为了防止在使用过程中由于温度的升高而导致模块罩变形，影响使用。

本发明的有益效果是：该模块机构直接采用导热柱与模块导热均板相接触，将热量直接传递给试管孔槽，由于模块本体和模块导热均板质量较小，对发热芯片的功率要求低，因此该模块机构升降温速度快，传递温度均匀性高，功率要求低，同时采用直径不等的导热柱，有效地解决了边缘效应，大大的改善了仪器整体的基因扩增效果和检测性能的精准度及稳定性，并且该模块机构制作方便，组装简单，成本低。

附图说明

图1是本发明模块本体与模块导热均板的一种组合图；

图2是本发明PCR基因扩增仪模块机构的一种结构示意图；

图3是本发明中模块本体的一种结构示意图；

图4是本发明中模块本体的另一种结构示意图；

图5是本发明的一种应用结构示意图；

图中：1、模块本体，2、模块导热均板，3、传感器固定柱，4、试管孔槽，5、导热柱，6、传感器安装腔，7、安装孔，8、隔热垫，9、模块罩，10、压框，11、加热制冷芯片，12、散热器，13、电路板，14、传感器，15、试管。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例1：

在图1所示的实施例中，一种新型PCR基因扩增仪模块机构，包括长方形结构的模块本体1，与模块本体1紧密连接的模块导热均板2以及设置在模块导热均板2上的多个传感器固定柱3，模块本体1上设置有若干试管孔槽4，一般规格的模块本体1上设置有96个试管孔槽4，96个试管孔槽4呈矩阵结构均布在模块本体1上，试管孔槽4的底部与试管孔槽4开口方向相反的一侧设有若干个对应于试管孔槽4的导热柱5，导热柱5为圆柱体结构与试管孔槽4一体成型。导热柱5的端面与模块导热均板2的板面贴压在一起。远离设置在模块导热均板2下方的发热源的导热柱5的直径大于发热源中心处的导热柱5直径。该实施例中，采用四块加热制冷芯片11作为发热源，发热源呈方形设置在模块导热均板2的下表面，因此，对应于上述发热源的分布结构，模块本体1上的导热柱5对应于发热源设置为四组，每一个发热源中心位置处的导热柱5的中心均小于远离发热源的导热柱5直径（见图3），这样整个模块本体1上的导热柱5也就呈四组分布。

传感器固定柱3的内部设有传感器安装腔6，传感器安装腔6的开口朝向模块导热均板2一侧，模块导热均板2上对应于传感器安装腔6设置有安装孔7，传感器固定柱3与模块导热均板2构成一体结构。模块本体1、模块导热均板2和传感器固定柱3分别是由具有良好导热性能的铜、铝、银等材料构成的导热构件，模块本体1、模块导热均板2和传感器固定柱3形成一完整的PCR基因扩增仪模块机构。

模块本体1上设有试管孔槽4一侧的外表面上还设有隔热垫8（见图2），隔热垫8上对应于试管孔槽4设置有若干个圆孔。隔热垫8是由具有良好隔热效果的材料构成的构件。模块本体1和模块导热均板2的外侧还设置有模块罩9，模块罩9盖罩在隔热垫8上，模块罩9上对应于隔热垫8上的圆孔设有若干开孔。模块罩9是由耐温材料构成的罩体。

实施例2：

在图4所示的实施例中，PCR基因扩增仪模块机构与实施例1基本相同，不同之处在于：导热柱5的直径大小不等的设置，本实施例中，发热源分四块设置在模块本体1的下方，设置在整个模块本体1边缘处的导热柱5的直径大于设置在模块本体1中部的导热柱1的直径。这样的结构设置是考虑模块本体1边缘的散热比模块本体1中部的散热快，将模块本体1边缘处的导热柱5的直径设置的大于模块本体1中的部的导热柱5直径，有利于解决边缘效应，提高温度均匀性和升降温速度。

如图5所示，由模块本体1、模块导热均板2和传感器固定柱3形成的该新型PCR基因扩增仪模块机构，在模块本体1的外表面还设置有隔热垫8，隔热垫8是采用具有良好隔热效果的隔热棉。隔热垫8上设置有多个圆孔，圆孔与模块本体1上的试管孔槽4对应设置。模块本体1和模块导热均板2的外侧还设置有模块罩9，模块罩9是由耐高温PBT或其它耐高温材料构成的罩体，模块罩9盖罩在隔热垫8上，模块罩9上与隔热垫8上的圆孔相对应处设置有若干开孔。应用时，通过一压框10将模块罩9压牢，压框10将模块机构和加热制冷芯片11固定在基因扩增仪散热器12上，压框10上再固定控制加热制冷芯片11的电路板13。 由于模块本体1 、模块导热均板2和传感器固定柱3是通过加工工艺固定组合在一起形成一体的，因此模块导热均板2将其下方的加热制冷芯片11牢牢固定在基因扩增仪的散热器12上，模块罩9与模块本体1之间的隔热垫8避免模块本体1受外界环境温度的影响，通过传感器14来实时监测模块本体1的温度，将信号通过电路板13反馈给PCR基因扩增仪主机，再由主机来控制加热制冷芯片11的工作状况，从而控制模块本体1的温度，确保设置在试管孔槽4内的扩增基因试管的温度需求。

当PCR基因扩增仪主机工作时，首先通过电路板13检测到模块机构上的传感器14的信号，来判断当前模块机构中试管孔槽4的温度，再根据所需要扩增基因而设定的温度控制程序，给模块机构中加热制冷芯片11提供功率的输入信号，这样来控制模块机构中试管孔槽4的温度。通过模块本体1上的试管孔槽4反面的导热柱5和模块导热均板2的接触面积大小，使整个腔体内的温度趋于平衡，完全解决目前市场上模块共同存在的边缘效应，温度均匀性和升降温速度问题。

本发明PCR基因扩增仪模块机构的加工过程是：以实施例1为例，采用导热性能较佳的铜，通过加工工艺制作而成带有多个试管孔槽4和导热柱5的模块本体，再用导热性能较佳的铜，通过加工工艺制作而成模块导热均板2，再用导热性能较佳的铜加工成传感器固定柱3，并通过专业的工艺将模块本体1、模块导热均板2和传感器固定柱3结合成一体，且使传感器固定柱3上的传感器安装腔6朝向模块导热均板2上的安装孔7，PCR基因扩增仪模块机构的模块导热均板2下表面紧贴发热源加热制冷芯片11，这样就能在发热源加热制冷芯片11上方通过模块导热均板2和模块本体上导热柱5的接触面积的大小来控制试管孔槽4的温度，使模块试管孔槽4内部温度达到均匀分布，完全克服目前PCR基因扩增仪模块机构共同存在的边缘效应，使模块本体的每个试管孔槽4表面温度达到均衡，每个试管孔槽4表面温度温差都控制在0.05℃至0.1℃之间。由于模块本体1、导热柱5和试管孔槽4的质量较小，并且能迅速将发热源的热量通过导热柱5均匀地传导至模块本体1上试管孔槽4的表面，升降温速度远远可达到10℃／秒，远远超过目前同类产品5.5℃／秒，大大满足了各种基因的快速扩增需求。同时，由于模块本体1和模块导热均板2及内部的传感器固定柱3质量较小，大大降低了对加热制冷芯片11的发热功率要求，这样就减小设备的输出功率，大大降低了设备的成本，同时设备的外形也可缩小到精致的理想状态。

上述实施例只是对本发明技术方案的说明并不是限制，本技术领域普通技术人员能够想到的任何等同替代都在本发明型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种PCR基因扩增仪模块机构，包括模块本体，其特征在于：还设置有与模块本体（1）紧密连接的模块导热均板（2）以及设置在模块导热均板（2）上的多个传感器固定柱（3），所述的模块本体（1）上设置有若干试管孔槽（4），试管孔槽（4）的底部与试管孔槽（4）开口方向相反的一侧设有若干个对应于试管孔槽（4）的导热柱（5），所述的导热柱（5）的端面与模块导热均板（2）的板面贴压在一起；所述的导热柱（5）为圆柱体结构，远离设置在模块导热均板（2）下方的发热源的导热柱（5）的直径大于发热源中心处的导热柱（5）直径；所述的试管孔槽（4）呈矩阵结构均布在模块本体（1）上。

2.根据权利要求1所述的一种PCR基因扩增仪模块机构，其特征在于：设置在模块本体（1）边缘处的导热柱（5）的直径大于设置在模块本体（1）中部的导热柱（5）的直径。

3.根据权利要求1所述的一种PCR基因扩增仪模块机构，其特征在于：所述的传感器固定柱（3）的内部设有传感器安装腔（6），所述的传感器安装腔（6）的开口朝向模块导热均板（2）一侧，模块导热均板（2）上对应于传感器安装腔（6）设置有安装孔（7），所述的传感器固定柱（3）与模块导热均板（2）为一体结构。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种PCR基因扩增仪模块机构，其特征在于：模块本体（1）、模块导热均板（2）和传感器固定柱（3）分别是由具有良好导热性能的材料构成的导热构件，所述的模块本体（1）、模块导热均板（2）和传感器固定柱（3）形成一完整的PCR基因扩增仪模块机构。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种PCR基因扩增仪模块机构，其特征在于：模块本体（1）上设有试管孔槽（4）一侧的外表面上还设有隔热垫（8），所述的隔热垫（8）上对应于试管孔槽（4）设置有若干个圆孔。

6.根据权利要求5所述的一种PCR基因扩增仪模块机构，其特征在于：所述的隔热垫（8）是由具有良好隔热效果的材料构成的构件。

7.根据权利要求5所述的一种PCR基因扩增仪模块机构，其特征在于：模块本体（1）和模块导热均板（2）的外侧还设置有模块罩（9），所述的模块罩（9）盖罩在隔热垫（8）上，所述的模块罩（9）上对应于隔热垫（8）上的圆孔设有若干开孔。

8.根据权利要求7所述的一种PCR基因扩增仪模块机构，其特征在于：所述的模块罩（9）是由耐温材料构成的罩体。