CN103645167A - 一种聚合酶链反应检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合酶链反应检测仪，包括加热系统、检测系统和冷却系统，加热系统对反应试剂进行非接触式加热，检测系统用于检测反应结果，冷却系统对反应试剂进行冷却。加热系统的加热源发出加热波直接或间接作用于反应试剂上。激励波通过第二滤光器筛选后通过第二透镜收集，经过收集后的激励波作用于反应试剂上。被激发后的反应试剂发出荧光，第三透镜收集荧光并经第三滤光器筛选后传输至检测器，检测器检测被筛选后的荧光，根据实验结果分析判断。该聚合酶链反应检测仪易于携带，且进行实验时不需要在专门的实验室中操作，所以能够满足现场快速检验检疫、应急检测等场合的应用。

Description

一种聚合酶链反应检测仪

技术领域

本发明涉及聚合酶链反应用装置，特别是涉及一种聚合酶链反应检测仪。

背景技术

在分子生物学领域，聚合酶链反应技术已得到普遍认可，是一种探索DNA的具有高可靠性的有效手段。样品中的DNA在试剂配合下，在特定温度程序下进行温度循环反应，在短时间内可获得2的N次方数量的片段扩增，使得检测非常灵敏。

荧光定量聚合酶链反应检测设备作为分子生物学领域的一种主流技术和设备也已经普及应用，极大推动了分子生物学领域的发展和进步，为人类健康与安全作出了贡献。

现有的定量聚合酶链反应检测系统和设备存在几方面的不足，影响了在现场快速检验检疫、应急检测等场合的应用：

1）通常带半导体制冷系统和散热系统，设备结构复杂、体积大、重量大。

2）通常适合于大体积、高质量样品的检测。

3）通常需要复杂的配置过程，并在专门的聚合酶链反应实验室中进行。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可以实现现场快速检验检疫、应急检测的便携式的聚合酶链反应检测仪。

一种聚合酶链反应检测仪，包括加热系统、检测系统和冷却系统，所述检测系统包括激励模块和检测模块，所述加热系统采取非接触方式对反应试剂进行加热，所述加热系统包括加热源，所述加热源发出加热波，所述加热波作用于反应试剂上，所述激励模块包括激励源、第二滤光器和第二透镜，所述激励源发出激励波，所述激励波经过所述第二滤光器筛选，所述第二透镜收集经过筛选后的激励波并作用在反应试剂上以使反应试剂激发出荧光，所述检测模块包括第三滤光器、第三透镜和检测器，所述第三透镜收集所述荧光并经所述第三滤光器筛选后传输至所述检测器。

在其中一个实施例中，所述聚合酶链反应检测仪还包括容纳反应试剂的可插拔聚合酶链反应板。

在其中一个实施例中，所述加热系统位于所述聚合酶链反应板下方，所述加热源是红外辐射热源。

在其中一个实施例中，所述加热系统位于所述聚合酶链反应板上方，所述加热系统还包括第一滤光器和第一透镜，所述第一滤光器对所述加热波进行筛选，所述第一透镜收集经过筛选后的加热波并作用在反应试剂上，所述加热源为加热光源，所述激励源为激励光源。

在其中一个实施例中，所述第一滤光器为滤光片，所述第一透镜为聚焦光学器件。

在其中一个实施例中，所述第二滤光器为滤光片，所述第二透镜为聚焦光学器件。

在其中一个实施例中，所述第三滤光器为滤光片，所述第三透镜为聚焦光学器件，所述检测器为光学检测器。

在其中一个实施例中，所述加热源为微波加热源或磁能加热源，所述加热波与所述激励波的波长不重复。

在其中一个实施例中，所述冷却系统包括风机。

在其中一个实施例中，所述聚合酶链反应检测仪还包括一个温度检测机构，所述温度检测机构通过红外检测方式检测。

上述聚合酶链反应检测仪，包括加热系统、检测系统和冷却系统，加热系统对反应试剂进行加热，而检测系统用于检测反应结果，冷却系统对反应试剂进行冷却。加热系统的加热源直接或者间接作用于反应试剂上使得反应试剂开始反应。激励波通过第二滤光器筛选后通过第二透镜收集，经过收集后的激励波作用于反应试剂上，被激励波激发后的反应试剂产生荧光，所述荧光被第三透镜收集后被第三滤光器筛选，检测器检测被筛选后的荧光，从而根据实验结果分析判断。该聚合酶链反应检测仪易于携带，且进行实验时不需要在专门的实验室中操作，所以能够满足现场快速检验检疫、应急检测等场合的应用。

附图说明

图1为实施方式一的聚合酶链反应检测仪原理示意图；

图2为聚合酶链反应板的俯视图；

图3为实施方式二的聚合酶链反应检测仪原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参照图1和图2，其为本发明的第一具体实施方式：

请参照图1，本发明的一个实施方式提供一种聚合酶链反应检测仪100。该聚合酶链反应检测仪100包括加热系统、检测系统和冷却系统，加热系统、检测系统均位于聚合酶链反应板140上方，而冷却系统位于聚合酶链反应板140的下方。当加热系统位于聚合酶链反应板140上方时，在加热线路中采用第一滤光器、第一透镜来防止加热波114影响检测系统。加热系统采取非接触方式对反应试剂142进行加热，加热后的反应试剂142开始进行实验反应，通过检测系统对实验反应后的反应试剂142进行检测，将检测结果与已知浓度的参考物进行对比分析，从而得出结论。冷却系统用于对反应试剂142进行冷却，本实施方式中采用风机吹风的方式，在其他实施方式中还可以采用贴装半导体制冷器等方式来实现，此处不做具体限定。加热系统和冷却系统的配合，能够稳定的控制反应试剂142的温度。检测系统包括有激励模块和检测模块，该激励模块作为发射端，检测模块则作为与发射端相对应的接收端。

加热系统采取非接触方式进行加热，即加热系统的加热线路中的各元件采用非电连接方式相互作用。加热系统上的加热线路包括加热源111、第一滤光器112和第一透镜113，该三个器件采用非电连接方式，实现非接触式加热。第一滤光器112的作用是筛选出所需波段的加热波114，第一透镜113的作用是收集通过了第一滤光器112筛选的加热波114，其加热原理是采用特定波长的加热波114对反应试剂142进行加热。加热源111发出的加热波114通过第一滤光器112筛选后通过第一透镜113进行收集，通过了第一透镜113收集后的加热波114作用于反应试剂142上。

在本实施方式中，加热源111为光源，第一滤光器112是滤光片，第一透镜113是聚焦光学器件。光源发出的光波照射在滤光片上，该滤光片的作用是供实验所需波段的光波透过，透过滤光片的光波照射在聚焦光学器件上，被聚焦光学器件聚焦收集后照射在反应试剂142上进行加热。在其他实施方式中，加热源还可以是微波加热源、磁能加热源等，第一滤光器112和第一透镜113根据加热源111做出适应性变化，只要第一滤光器112可以筛选出该波段的加热波114，第一透镜113可以收集透过第一滤光器112的加热波114即可，此处不做具体限定。加热源111的选择原则是检测器133对该加热源111不敏感，且该加热源111不会激发反应试剂142。

激励模块上的激励线路包括激励源121、第二滤光器122和第二透镜123，第二滤光器122的作用是筛选出所需波段的激励波124，第二透镜123的作用是收集通过了第二滤光器122筛选的激励波124。其激发原理是采用特定波长的激励波124来激发反应试剂142，使得被激发后的反应试剂142发出荧光134。激励模块用于激发反应试剂142，检测模块用于接收并检测反应试剂142所发出的荧光134。激励源121发出的激励波124通过第二滤光器122筛选后通过第二透镜123进行收集，通过了第二透镜123收集后的激励波124作用于反应试剂142上。在本实施方式中，激励波121为激励光源，第二滤光器122为滤光片，第二透镜123为聚焦光学器件。激励光源照射在滤光片上，该滤光片的作用是供实验所需波段的激励光波透过，该透过第二滤光器122的激励光波的波段与透过第一滤光器112的光波的波段不相重合。透过滤光片的激励光波照射在聚焦光学器件上，聚焦光学器件收集照射在其上的激励光波后照射在反应试剂142上，从而激发反应试剂142发出荧光134。在其他实施方式中，激励源121还可以是微波激励源、磁能激励源等，只要能够起到激发反应试剂142的作用即可。第二滤光器122和第二透镜123跟随激励源121的变化而对应改变，只要可以满足其对应的作用即可，此处不做具体限定。

检测模块上的荧光线路包括第三透镜131、第三滤光器132和检测器133，第三透镜131的作用是收集反应试剂142被激发后所发出的荧光134，第三滤光器132的作用是获取收集后的荧光134中所需波段的荧光134。在本实施方式中，第三透镜131是聚焦光学器件，第三滤光器132是滤光片，检测器133是光学检测器。反应试剂142被激发后会发出荧光134，该荧光134被聚焦光学器件所收集并照射在滤光片上，滤光片的作用是供透过实验所需波段的荧光134透过而过滤掉其他波段的荧光134，光学检测器检测透过滤光片的荧光134，对比已知浓度的参考物与被测样品的聚合酶链反应信息，可以判断用品中DNA或RNA原始片段的数量，即实现定性或定量化检测结果。

请参照图2，该聚合酶链反应检测仪100还包括可插拔的聚合酶链反应板140。该聚合酶链反应板140上开设有若干个承载反应试剂142的孔141，该孔141内预装有试剂和反应材料。液体试剂通常采用覆膜方式制作，固态试剂通常采用冻干等工艺制作，然后用涂覆的方式固定于孔141内，用户只需添加样品和/或水即可完成反应试剂142的配制，从而提高工作效率。该聚合酶链反应板140上还贴或者印刷有试剂相关信息的条码或者二维码144，使用时聚合酶链反应检测仪100上专门的编码阅读器自动获取其信息并用于聚合酶链反应参数的设置和检测结果自动分析、诊断。

聚合酶链反应板140上设有特殊的油膜或者透明的特种封闭材料145，使得聚合酶链反应全部在封闭体内进行，同时加热线路、激励线路和荧光线路均能透过密封材料进行检测，使得高浓度实验扩增产物不被扩展和泄漏。在其他实施方式中，还可以采用贴膜技术实现试剂封闭，使得应急现场也能进行聚合酶链反应而不必送达专门的聚合酶链反应实验室进行实验，从而适应和满足了现场快速聚合酶链反应定量检测的需要。当聚合酶链反应板140插入到聚合酶链反应检测仪100上时，可同时进行多个样品的聚合酶链反应和检测。

聚合酶链反应板140上还设有定位机构143，该定位机构143用于指示该聚合酶链反应板140于聚合酶链反应检测仪100上的插拔方向，可以防止聚合酶链反应板140被错位、旋转或翻转。

聚合酶链反应检测仪100上还设有温度检测机构，该温度检测机构采用的是红外检测方式，在其他实施方式中，还可以采用微波方式、光波方式或者磁能方式等非接触式的方式进行温度检测。采用特定波长光源的光学聚焦方式对孔141中的反应试剂142进行加热控制，冷却系统上采用风机向模块中吹风的方式进行冷却，并以非接触方式检测聚合酶链反应板140的温度，三者协调工作形成稳定的温度控制。

请参照图3，其为本发明的第二具体实施方式：

本实施方式与实施方式一的区别在于，本实施方式提供一种聚合酶链反应检测仪200。该聚合酶链反应检测仪200上的加热系统位于聚合酶链反应板240的下方，直接对聚合酶链反应板240加热，聚合酶链反应板240将热量传递给反应试剂242，从而实现对反应试剂242的间接加热。该加热系统的加热源211为红外辐射热源，且该红外辐射热源的作用范围不会到达聚合酶链反应板240上方，因此红外辐射热源不会影响到检测系统的正常工作。为了确保红外辐射热源的作用范围不会到达聚合酶链反应板240的上方，可以采用非透明材料制成聚合酶链反应板240，利用聚合酶链反应板240的非透明性，使红外辐射热源发出的红外辐射波214不影响聚合酶链反应板240上方的检测系统。在其他实施方式中，还可以采用其他方式来防止红外辐射波214影响聚合酶链反应板240上方的检测系统，例如采取在红外辐射热源与聚合酶链反应板240之间添置挡板等方式，此处不做具体限定。

该聚合酶链反应检测仪主要由加热线路、激励线路和荧光线路组成。加热线路中的加热波采用非接触方式对反应试剂进行加热，激励线路主要选取特定波长的激励波采用聚焦方式激发反应试剂，而荧光线路主要是收集、检测反应试剂所发出的荧光中的特定波长的荧光。整个聚合酶链反应检测仪上可以形成一组或多组这样的检测通道，从而实现多色检测应用。主机的供电是交流市电或者电池，其整机是可便携的，适用于床边诊断仪器、检验检疫、法医刑侦、战场应急检测和快速定性定量检测等场合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种聚合酶链反应检测仪，其特征在于，包括加热系统、检测系统和冷却系统，所述检测系统包括激励模块和检测模块，所述加热系统采取非接触方式对反应试剂进行加热，所述加热系统包括加热源，所述加热源发出加热波，所述加热波作用于反应试剂上，所述激励模块包括激励源、第二滤光器和第二透镜，所述激励源发出激励波，所述激励波经过所述第二滤光器筛选，所述第二透镜收集经过筛选后的激励波并作用在反应试剂上以使反应试剂激发出荧光，所述检测模块包括第三滤光器、第三透镜和检测器，所述第三透镜收集所述荧光并经所述第三滤光器筛选后传输至所述检测器。

2.根据权利要求1所述的聚合酶链反应检测仪，其特征在于，所述聚合酶链反应检测仪还包括容纳反应试剂的可插拔聚合酶链反应板。

3.根据权利要求2所述的聚合酶链反应检测仪，其特征在于，所述加热系统位于所述聚合酶链反应板下方，所述加热源是红外辐射热源。

4.根据权利要求2所述的聚合酶链反应检测仪，其特征在于，所述加热系统位于所述聚合酶链反应板上方，所述加热系统还包括第一滤光器和第一透镜，所述第一滤光器对所述加热波进行筛选，所述第一透镜收集经过筛选后的加热波并作用在反应试剂上，所述加热源为加热光源，所述激励源为激励光源。

5.根据权利要求4所述的聚合酶链反应检测仪，其特征在于，所述第一滤光器为滤光片，所述第一透镜为聚焦光学器件。

6.根据权利要求4所述的聚合酶链反应检测仪，其特征在于，所述第二滤光器为滤光片，所述第二透镜为聚焦光学器件。

7.根据权利要求4所述的聚合酶链反应检测仪，其特征在于，所述第三滤光器为滤光片，所述第三透镜为聚焦光学器件，所述检测器为光学检测器。

8.根据权利要求1所述的聚合酶链反应检测仪，其特征在于，所述加热源为微波加热源或磁能加热源，所述加热波与所述激励波的波长不重复。

9.根据权利要求1所述的聚合酶链反应检测仪，其特征在于，所述冷却系统包括风机。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的聚合酶链反应检测仪，其特征在于，所述聚合酶链反应检测仪还包括一个温度检测机构，所述温度检测机构通过红外检测方式检测。

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