CN107058090A - 一种实时荧光定量pcr基因扩增检测仪 - Google Patents

一种实时荧光定量pcr基因扩增检测仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪，其特征在于：包括底部壳体和设置在底部壳体中的基因扩增模块，基因扩增模块包括呈“品”字形的绝缘钣金和设置在绝缘板金顶面上的发热板，发热板上设置有一顶部封闭底部开口的搁置筒，搁置筒的封闭端设置有内凹的呈倒锥形的试剂孔，在基因扩增模块上方可分离地设置有荧光检测模块，荧光检测模块包括翻转底板和设置在翻转底板上的盖体，翻转底板上设置有通孔，通孔中设置有通透的玻璃片，在翻转底板的顶面通过固定支撑架固定设置有回转驱动装置，回转驱动装置的输出端与下方的柱体连接，柱体的底部与翻转底板之间留有间距，回转驱动装置转动时柱体跟随转动。

Description

一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪
技术领域
本发明涉及一种PCR基因扩增检测仪，特别涉及一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪。
背景技术
PCR(Polymerase Chain Reaction)技术，中文译为聚合酶链式反应，是一种在体外扩增核酸的技术。PCR的基本反应包括以DNA为模板的反应和以mRNA为模板的反应。PCR技术是模拟体内天然DNA(脱氧核糖核酸)的复制过程。以扩增DNA为例，其基本原理是在模板、引物、4种dNTP和耐热DNA聚合酶存在的条件下，特异扩增位于两段已知序列之间的DNA区段的酶促合成反应。
PCR反应一般设置20～40次循环，每一循环包括高温变性、低温退火、中温延伸三步反应。每一循环的产物作为下一个循环的模板。PCR的扩增效率很高，如果循环次数是30次，那么新生DNA片段理论上达到230拷贝。PCR反应每个循环的三个基本反应步骤如下：①模板DNA的变性：模板DNA经加热使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA产物解离，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准备；②模板DNA与引物的退火：模板DNA经加热变性成单链后，温度下降，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；③引物的延伸：温度上升，DNA模板-引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链。重复循环变性--退火--延伸三过程，就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需2～4分钟，2～3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。到达平台期所需循环次数取决于样品中模板的拷贝数。PCR技术的特异性取决于引物与模板结合的特异性。
PCR仪也叫基因扩增仪，它是利用PCR技术对特定基因做体外的大量合成，用于以检测DNA/RNA为目的的各种基因分析，现有基因扩增设备不能实时获取基因扩增中的情况，基因扩增仪如果温度升降温速率和精度不当或者发生故障，会造成基因扩增效果差。
现有的实时荧光定量PCR仪是在PCR仪的基础上增加了一个荧光检测模块。荧光模块中光源发出的光经过透镜、滤光片后进入PCR反应管中，PCR反应管中的荧光物质在入射光的激发下发出荧光。该荧光经过透镜、光电二极管转换为电信号传输到电脑上。实时荧光定量PCR仪可以通过荧光强度来监测PCR反应的进程，但是PCR管内的试剂在加热时会发生挥发，然后冷凝在PCR管盖上形成液滴，一方面导致PCR试剂出现损耗，扩增效率降低；另外一方面导致试剂里面的荧光物质发出的荧光在管盖遇到冷凝的液滴会发生散射，进而引起荧光收集效率降低。为了解决这一问题，中国专利申请号为201420385886.1中提出在PCR管盖增加一热盖装置，实现对PCR管盖部位的加热，防止冷凝。但是热盖装置使得仪器的体积更加庞大和结构更加复杂。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够获取基因扩增过程中基因扩增状态的实时荧光定量PCR基因扩增检测仪。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪，其特征在于：包括底部壳体和设置在所述底部壳体中的基因扩增模块，所述基因扩增模块包括呈“品”字形的绝缘钣金和设置在所述绝缘板金顶面上的发热板，所述发热板上设置有一顶部封闭底部开口的搁置筒，所述搁置筒的封闭端设置有内凹的呈倒锥形的试剂孔，在所述基因扩增模块上方可分离地设置有荧光检测模块，所述荧光检测模块包括翻转底板和设置在所述翻转底板上的盖体，所述翻转底板上设置有通孔，所述通孔中设置有通透的玻璃片，在所述翻转底板的顶面通过固定支撑架固定设置有回转驱动装置，所述回转驱动装置的输出端与下方的柱体连接，所述柱体的底部与所述翻转底板之间留有间距；在所述柱体中由上至下依次设置有光源、半透型滤镜和滤光片，所述半透型滤镜与水平面呈45度角，在所述柱体的外部设置有荧光收集器。
所述光源的数量为一个，所述光源的下方设置有多个通道，每个所述通道中设置一个所述半透型滤镜和一个所述滤光片，不同所述通道中所述滤光片的颜色不同。
所述光源的数量为多个，在所述柱体中沿周向布置有多个通道，每个所述通道中设置有所述光源、半透型滤镜和滤光片，且数量均为一个，不同所述通道中所述滤光片的颜色不同。
所述光源为氙灯、金属卤素灯、发光二极管或激光。
在所述发热板的外周设置有弹性材料圈，所述弹性材料圈的上表面与所述搁置筒的上表面平齐。
所述翻转底板的底面上设置有一用于避免所述搁置筒与所述翻转底板发生干涉的凹陷区域。
在所述绝缘钣金的台阶面上设置有翻转座，所述翻转座包括长方形的底钣金，在所述底钣金的两侧边对应设置有侧壁，在两个所述侧壁上设置有铰链孔，在两所述侧壁间设置有用于限位的横杠；所述翻转底板的一侧边设置有圆弧壁，所述圆弧壁的外圆面上在靠近所述翻转底板的底面设置有用于定位的起始凸起，在远离所述翻转底板的底面设置有限位凸起，在所述圆弧壁的两端对应设置有圆饼壁，在两个所述圆饼壁上均设置有连接孔，所述铰链孔与所述连接孔相配合使得所述荧光检测模块围绕所述基因扩增模块翻转，当所述荧光检测模块向外翻转时，所述翻转底板上的所述限位凸起与所述翻转座上的所述横杠接触；当所述荧光检测模块向内翻转时，所述起始凸起被卡在所述横杠的下方。
所述回转驱动装置为旋转马达或者棘轮。
所述搁置筒由保温材料制成，在所述发热板的下端连接有散热片，所述绝缘钣金的一侧壁上设置有对准所述散热片的风扇，在所述绝缘钣金的另一侧壁上设置有多个利于将风排出的通孔，所述底部壳体侧面设有通孔，所述绝缘钣金上的所述通孔与所述底部壳体上的所述通孔相对应；在所述底部壳体中设置有控制器，所述荧光收集器与电脑电连接，所述控制器与所述电脑、发热板、风扇电连接，所述试剂孔中设置有温度探测器，所述温度探测器与所述电脑电连接。
所述荧光收集器为光电二极管或CCD，所述荧光收集器与所述电脑通过蓝牙或者无线网络连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明荧光检测模块中回转驱动装置的输出端与柱体固定连接，在柱体中由上至下依次设置有光源、与水平面呈45度的半透型滤镜和滤光片，在柱体的外部设置有荧光收集器。光源产生的光经过半透型滤镜后，再经过滤光片形成特定颜色的光谱进入试剂孔中，回转驱动装置转动，不同颜色的滤光片依次对准周向布置的试剂孔，同时，试剂孔中的荧光物质吸收完各色光谱，荧光物质发出的光通过45°倾斜设置的半透型滤镜传输到荧光收集器中，因此本发明可以通过荧光信号实时获取试剂孔中基因扩增状况，可以实现多荧光通道监测。2、本发明中控制器与电脑、发热板、风扇电连接，电脑与荧光收集器电连接，试剂孔中设置有温度探测器，温度探测器与电脑电连接，因此当温度探测器探测到试剂孔的温度高于电脑预设温度时，控制器开启风扇、降低发热板的功率，当温度探测器探测到试剂孔的温度低于电脑预设温度时，增大发热板的功率，关闭风扇。另外，当荧光收集器显示预设温度不合适现有基因扩增时，通过电脑可以改变设定温度，从而保证基因的正常扩增。3、本发明中含有绝缘钣金，可以防止控制电路板被静电击穿，从而使得仪器可以在多种极端环境下使用。4、本发明发热板的外周设置有用于防止漏光的弹性材料圈，当荧光检测模块向内翻转时，起始凸起被卡在横杠的下方，翻转底板的底面与弹性材料圈紧密贴合，因此防止外部光线进入试剂孔中，同时也防止内部的荧光发生泄漏，从而提高了检测精度，同时也减少了发热板热量损失。5、本发明发热板的上端面设置有一顶部封闭底部开口呈筒状的搁置筒，在搁置筒的上方设置有翻转底板，搁置筒为保温材料制成，搁置筒的封闭端设置有内凹的呈倒锥形的试剂孔，搁置筒和翻转底板均属于发热板的加热范围内，因此试剂不会出现冷凝现象，从而不需要热盖装置。6、本发明整个散热模块整体布局合理，结构简单，较常规PCR仪器体积较小。
附图说明
图1是本发明整体结构轴测示意图；
图2是本发明有多个光源时在图1中A-A向的剖视图；
图3是本发明只有一个光源时在图1中A-A向的剖视图；
图4是本发明基因扩增模块轴测示意图；
图5是本发明荧光检测模块结构示意图；
图6是本发明翻转底板的结构示意图；
图7是本发明翻转座的结构示意图；
图8是本发明翻转底板和翻转座相配合的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1～3所示，本发明包括底部壳体100和设置在底部壳体100中的基因扩增模块200，基因扩增模块200包括呈“品”字形的绝缘钣金1和设置在绝缘板金1顶面上的发热板2，发热板2上设置有一顶部封闭底部开口的搁置筒3，搁置筒3的封闭端设置有内凹的呈倒锥形的试剂孔4，发热板2发出的热量能够传递给试剂孔4，因此DNA片段能够在试剂孔4中完成变性、退火和延伸等过程，实现基因的扩增。在基因扩增模块200上方可分离地设置有荧光检测模块300，荧光检测模块300包括翻转底板10和设置在翻转底板10上的盖体11，翻转底板10上设置有通孔21，通孔21中设置有通透的玻璃片，在翻转底板10的顶面通过固定支撑架12固定设置有回转驱动装置14，回转驱动装置14的输出端与下方的柱体15连接，柱体15的底部与翻转底板10之间留有间距。回转驱动装置14转动时柱体15跟随转动。在柱体15中由上至下依次设置有光源16、半透型滤镜17和滤光片13，其中，半透型滤镜17与水平面呈45度角，在柱体15的外部设置有荧光收集器18。光源16产生的光经过半透型滤镜17和滤光片13后，形成特定颜色的光谱穿过通孔21中的玻璃片进入试剂孔4中，试剂孔4中预设的荧光物质吸收进入试剂孔4中的光，荧光物质发出的光通过通孔21经滤光片13和半透型滤镜17反射传输到荧光收集器18中。
上述实施例中，光源16的数量为一个或多个，当数量为一个时，光源16的下方设置有多个通道，每个通道中设置一个半透型滤镜17和一个滤光片13，不同通道中滤光片13的颜色不同，一个光源16为多个通道中的半透型滤镜17提供光；当光源16的数量为多个时，在柱体15中沿周向布置有多个通道，每个通道中设置有光源16、半透型滤镜17和滤光片13，且数量均为一个，不同所述通道中所述滤光片的颜色不同，光源16的数量优选为四个。
上述实施例中，如图4所示，在发热板2的外周设置有弹性材料圈8，弹性材料圈8的上表面与搁置筒3的上表面平齐，弹性材料圈8与翻转底板10的底面贴合时，避免外界光进入试剂孔4和内部的荧光发生泄漏以干扰检测结果。
上述实施例中，如图5～6所示，翻转底板10的底面上设置有一凹陷区域20，其用于避免工作时，搁置筒3的顶部与翻转底板10干涉。
上述实施例中，如图6～8所示，在绝缘钣金1的台阶面上设置有翻转座7，翻转座7包括长方形的底钣金，在底钣金的两侧边对应设置有侧壁24，在两个侧壁24上设置有铰链孔9，在两侧壁24间设置有用于限位的横杠25。翻转底板10的一侧边设置有圆弧壁22，圆弧壁22的外圆面上在靠近翻转底板10的底面设置有用于定位的起始凸起26，在远离翻转底板10的底面设置有限位凸起23，在圆弧壁22的两端对应设置有圆饼壁，在两个圆饼壁上均设置有连接孔19。铰链孔9与连接孔19相配合使得荧光检测模块300可以围绕基因扩增模块200翻转，当荧光检测模块300向外翻转时，翻转底板10上的限位凸起23与翻转座7上的横杠25接触，此为荧光检测模块300翻转的极限位置；当荧光检测模块300向内翻转时，起始凸起26被卡在横杠25的下方，翻转底板10的底面与弹性材料圈8紧密贴合。
上述实施例中，回转驱动装置14为旋转马达或者棘轮。
上述实施例中，搁置筒3由保温材料制成，当发热板2发热时，热量不易流失至装置的其它部位，在发热板2的下端连接有散热片5，绝缘钣金1的一侧壁上设置有对准散热片5的风扇6，在绝缘钣金1的另一侧壁上设置有多个利于将风排出的通孔，底部壳体100侧面设有通孔，绝缘钣金1上的通孔与底部壳体100上的通孔相对应，此结构用于进一步加快试剂孔4的降温。
上述实施例中，在底部壳体100中设置有控制器，控制器与电脑、发热板2、风扇6电连接，电脑与荧光收集器18电连接，试剂孔4中设置有温度探测器，温度探测器与电脑电连接。
上述实施例中，光源16为氙灯、金属卤素灯、发光二极管或激光等。
上述实施例中，荧光收集器18与电脑通过蓝牙或者无线网络连接。
上述实施例中，荧光收集器18为光电二极管或CCD。
本发明的工作原理如下：根据基因片段扩增的适宜温度，操作人员预先在电脑上设置发热板2温度随时间变化的指令，发热板2发热，温度传递至试剂孔4中，与此同时荧光检测模块300对试剂孔4中基因扩增情况进行实时检测，回转驱动装置转动，光源16产生的光经过半透型滤镜17后再通过滤光片13形成特定颜色的光谱进入试剂孔4中，试剂孔4中的荧光物质吸收完各色光谱，荧光物质发出光通过滤光片13和45°倾斜设置的半透型滤镜17传输到荧光收集器18中，荧光收集器18将各色光谱的处理结果传递给电脑，电脑以数据形式体现出来。当温度探测器探测到试剂孔4的温度高于电脑预设温度时，控制器开启风扇、降低发热板的功率，当温度探测器探测到试剂孔4的温度低于电脑预设温度时，增大发热板2的功率，关闭风扇6。另外，当荧光收集器显示预设温度不合适现有基因扩增时，通过电脑可以改变设定温度，从而保证基因的正常扩增。
另外，发热板的上端面设置有一顶部封闭底部开口呈筒状的搁置筒，在搁置筒的上方设置有翻转底板，搁置筒为保温材料制成，搁置筒的封闭端设置有内凹的呈倒锥形的试剂孔，搁置筒和翻转底板均属于发热板的加热范围内，因此试剂不会出现冷凝现象。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪，其特征在于：包括底部壳体和设置在所述底部壳体中的基因扩增模块，所述基因扩增模块包括呈“品”字形的绝缘钣金和设置在所述绝缘板金顶面上的发热板，所述发热板上设置有一顶部封闭底部开口的搁置筒，所述搁置筒的封闭端设置有内凹的呈倒锥形的试剂孔，在所述基因扩增模块上方可分离地设置有荧光检测模块，所述荧光检测模块包括翻转底板和设置在所述翻转底板上的盖体，所述翻转底板上设置有通孔，所述通孔中设置有通透的玻璃片，在所述翻转底板的顶面通过固定支撑架固定设置有回转驱动装置，所述回转驱动装置的输出端与下方的柱体连接，所述柱体的底部与所述翻转底板之间留有间距；在所述柱体中由上至下依次设置有光源、半透型滤镜和滤光片，所述半透型滤镜与水平面呈45度角，在所述柱体的外部设置有荧光收集器。
2.如权利要求1所述的一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪，其特征在于：所述光源的数量为一个，所述光源的下方设置有多个通道，每个所述通道中设置一个所述半透型滤镜和一个所述滤光片，不同所述通道中所述滤光片的颜色不同。
3.如权利要求1所述的一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪，其特征在于：所述光源的数量为多个，在所述柱体中沿周向布置有多个通道，每个所述通道中设置有所述光源、半透型滤镜和滤光片，且数量均为一个，不同所述通道中所述滤光片的颜色不同。
4.如权利要求1所述的一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪，其特征在于：所述光源为氙灯、金属卤素灯、发光二极管或激光。
5.如权利要求1所述的一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪，其特征在于：在所述发热板的外周设置有弹性材料圈，所述弹性材料圈的上表面与所述搁置筒的上表面平齐。
6.如权利要求1所述的一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪，其特征在于：所述翻转底板的底面上设置有一用于避免所述搁置筒与所述翻转底板发生干涉的凹陷区域。
7.如权利要求1所述的一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪，其特征在于：在所述绝缘钣金的台阶面上设置有翻转座，所述翻转座包括长方形的底钣金，在所述底钣金的两侧边对应设置有侧壁，在两个所述侧壁上设置有铰链孔，在两所述侧壁间设置有用于限位的横杠；所述翻转底板的一侧边设置有圆弧壁，所述圆弧壁的外圆面上在靠近所述翻转底板的底面设置有用于定位的起始凸起，在远离所述翻转底板的底面设置有限位凸起，在所述圆弧壁的两端对应设置有圆饼壁，在两个所述圆饼壁上均设置有连接孔，所述铰链孔与所述连接孔相配合使得所述荧光检测模块围绕所述基因扩增模块翻转，当所述荧光检测模块向外翻转时，所述翻转底板上的所述限位凸起与所述翻转座上的所述横杠接触；当所述荧光检测模块向内翻转时，所述起始凸起被卡在所述横杠的下方。
8.如权利要求1所述的一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪，其特征在于：所述回转驱动装置为旋转马达或者棘轮。
9.如权利要求1所述的一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪，其特征在于：所述搁置筒由保温材料制成，在所述发热板的下端连接有散热片，所述绝缘钣金的一侧壁上设置有对准所述散热片的风扇，在所述绝缘钣金的另一侧壁上设置有多个利于将风排出的通孔，所述底部壳体侧面设有通孔，所述绝缘钣金上的所述通孔与所述底部壳体上的所述通孔相对应；在所述底部壳体中设置有控制器，所述荧光收集器与电脑电连接，所述控制器与所述电脑、发热板、风扇电连接，所述试剂孔中设置有温度探测器，所述温度探测器与所述电脑电连接。
10.如权利要求1所述的一种实时荧光定量PCR基因扩增检测仪，其特征在于：所述荧光收集器为光电二极管或CCD，所述荧光收集器与所述电脑通过蓝牙或者无线网络连接。
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