CN108611267A - 一种实时动态光散射定量pcr仪 - Google Patents

一种实时动态光散射定量pcr仪 Download PDF

Info

Publication number
CN108611267A
CN108611267A CN201810282834.4A CN201810282834A CN108611267A CN 108611267 A CN108611267 A CN 108611267A CN 201810282834 A CN201810282834 A CN 201810282834A CN 108611267 A CN108611267 A CN 108611267A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
real
light scattering
dynamic light
pcr
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810282834.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108611267B (zh
Inventor
凌连生
邹李
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sun Yat Sen University
National Sun Yat Sen University
Original Assignee
National Sun Yat Sen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Sun Yat Sen University filed Critical National Sun Yat Sen University
Priority to CN201810282834.4A priority Critical patent/CN108611267B/zh
Publication of CN108611267A publication Critical patent/CN108611267A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108611267B publication Critical patent/CN108611267B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844—Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/686—Polymerase chain reaction [PCR]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging

Abstract

本发明公开了一种实时动态光散射定量PCR仪，包括：热循环系统，用于控制PCR样品试管的受热状态；动态光散射检测部件，包括将来自光源的光照射到PCR样品试管的照射部、光谱强度取得部及测定部，所述光谱强度取得部使来自参照面的反射光和透射过参照面的来自样品的散射光分光，取得所述反射光和所述散射光的干涉光的光谱强度；所述测定部基于取得的所述光谱强度对PCR样品进行实时动态光散射变化的检测；控制系统，包括控制单元及对来自所述测定部的检测数据进行分析处理的上位机。本发明能排除非特异性PCR产物对检测的干扰，并且可实时观察反应管中PCR扩增产物的增加情况，自动化程度高且测定结果更可靠。

Description

一种实时动态光散射定量PCR仪
技术领域
本发明属于聚合酶链式反应检测技术领域，具体涉及一种实时动态光散射定量PCR仪。
背景技术
聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)是一种体外核酸扩增技术，具有高特异性、高灵敏度、简便快捷等特点。常用的PCR仪有两种：普通PCR仪和实时荧光定量PCR仪。在普通PCR仪上只能进行目标核酸的PCR扩增，PCR扩增产物需要在别的仪器和装置(如凝胶电泳仪、荧光分光光度计、紫外-可见分光光度计、圆二色光谱仪、动态光散射仪和电化学工作站)上进行检测，PCR扩增和信号检测分别在两个仪器上完成。在实时荧光定量PCR仪上能够同时进行目标核酸的PCR扩增和原位检测，获得PCR扩增产物的实时荧光信号并传输到计算机分析处理系统中，得出实时的量化结果输出。但是，由于荧光染料能够与双链DNA非选择性地结合，在SYBR Green实时PCR中容易生成非特异性的PCR产物，从而影响准确定量。
动态光散射(dynamic light scattering,DLS)是指通过测量样品散射光强度起伏的变化来得出样品颗粒大小信息的一种技术。光在传播时若碰到颗粒,一部分光会被吸收，一部分会被散射掉。当产生散射光的分子朝向监测器运动时,相当于把散射的光子往监测器送了一段距离，使散射光的频率增高；如果产生散射的分子逆向监测器运动，相当于把散射光子往远离监测器的方向拉了一把，结果使散射光的频率降低。光散射技术就是根据这种微小的频率变化来测量溶液中分子的扩散速度，从而计算出流体动力学半径。动态光散射仪可以研究颗粒大小和粒径分布，也可以作为一种高灵敏的检测仪器。但是，动态光散射仪无法实时检测目标核酸的PCR扩增，限制其在生化分析中的应用。
随着国民收入和生活水平的提高,人们对身体健康越发关注,对精准医疗的需求也随之日益增长。由于PCR仪在生物医学研究和疾病诊断中具有重要的地位，开发新型的高灵敏PCR仪器将会是市场需求发展的趋势。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种实时动态光散射定量PCR仪，能排除非特异性PCR产物对检测的干扰，并且可实时观察反应管中PCR扩增产物的增加情况，自动化程度高且测定结果更可靠。
为实现上述目的，本发明按以下技术方案予以实现：
一种实时动态光散射定量PCR仪，包括：
热循环系统，用于控制PCR样品试管的受热状态；
动态光散射检测部件，包括将来自光源的光照射到PCR样品试管的照射部、光谱强度取得部及测定部，所述光谱强度取得部使来自参照面的反射光和透射过参照面的来自样品的散射光分光，取得所述反射光和所述散射光的干涉光的光谱强度，所述参照面设置在所述光源照射到PCR样品的光的光路上；所述测定部基于取得的所述光谱强度对PCR样品进行实时动态光散射变化的检测；
控制系统，包括控制单元及对来自所述测定部的检测数据进行分析处理的上位机，所述控制单元电连接所述上位机、热循环系统及所述动态光散射检测部件。
作为优选，所述热循环系统包括防止水蒸气凝结在试管管盖上的热盖部件及对试管进行加热或降温的加热模块，所述热盖部件设置在试管基座的上方并与试管口接触连接。
作为优选，所述加热模块设置在所述试管基座的底部，所述加热模块采用制冷片TE模块。
作为优选，所述热盖部件设置有热盖温度传感器，所述制冷片TE模块上设置有TE温度传感器，所述热盖温度传感器及所述TE温度传感器均电连接所述控制单元。
作为优选，所述光谱强度取得部包括沿光路依次设置的第一凹面镜、衍射光栅、第二凹面镜及光检测器，所述光检测器由多个受光元件成列排布的线性传感器照相机构成。
作为优选，所述照射部包括光源及连接所述光源的光循环器，所述光循环器还连接有第一发射器及第二发射器，所述第一发射器将来自光源的光由所述PCR样品的气液界面照射到所述PCR样品，所述参照面是空气和所述样品的气液界面；所述第一凹面镜对应所述第二发射器设置并接收来自所述第二发射器发出的光。
作为优选，对应所述第一发射器设置有物镜，通过所述物镜将来自光源的光由所述PCR样品的气液界面照射到所述PCR样品。
作为优选，所述光源为采用超辐射激光二极管的低相干光源。
作为优选，所述光循环器与所述第一发射器、第二发射器及所述光源之间均通过光纤进行连接。
作为优选，所述光检测器电连接所述测定部，所述光检测器将取得的参照光和样品散射光的干涉光的光谱强度输送到所述测定部，所述测定部基于所述光谱强度对PCR样品进行动态光散射的运算处理。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种动态光散射定量PCR仪，利用控制单元在控制热循环系统对目标DNA扩增的同时对试样的动态光散射信号强度进行检测，由于动态光散射信号强度与目标DNA的浓度是成比例关系的，因此检测动态光散射信号强度就能测定目标DNA的浓度。而且，只有特异性的PCR产物才能引起动态光散射信号的变化，有效排除了非特异性PCR产物的干扰，保证测定结果的准确性。
2、本发明将PCR热循环系统、动态光散射检测部件和进行数据分析处理的上位机结合在一起，在一台仪器上实现PCR放大和动态光散射(粒径大小变化)的实时监控，获得PCR扩增产物的实时动态光散射信号(粒径大小)并传输到计算机分析处理系统中，得出实时的量化结果输出，实现实时观察每一循环反应管中PCR扩增产物逐渐增加的情况，自动化程度高，测定结果可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实时动态光散射定量PCR仪的系统连接框架图；
图2为本发明实时动态光散射定量PCR仪的结构连接示意图；
图3为常规动态光散射仪检测含有DLS颗粒探针样品的效果示意图；
图4为本发明实时动态光散射定量PCR仪检测含有DLS颗粒探针样品的效果示意图；
其中：
1-热盖部件，2-加热模块，21-试管基座，3-控制单元，4-上位机，5-检测系统，51-第一凹面镜，52-衍射光栅，53-第二凹面镜，54-光检测器，55-测定部，6-低相干光源，61-物镜，7-光循环器，71-第一发射器，72-第二发射器，73-光纤，8-PCR样品，81-试管，82-气液界面，9-电源系统。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1-2所示的一种实时动态光散射定量PCR仪，主要包括热循环系统、动态光散射检测部件及控制系统。
所述热循环系统用于控制PCR样品试管81的受热状态，包括防止水蒸气凝结在试管81管盖上的热盖部件1及对试管81进行加热或降温的加热模块2，所述热盖部件1设置在试管基座21的上方并与试管口接触连接。所述加热模块2采用制冷片TE模块并设置在所述试管基座21的底部，所述热盖部件1设置有热盖温度传感器，所述制冷片TE模块上设置有TE温度传感器，所述热盖温度传感器设置在所述热盖部件1上，检测所述热盖部件1的温度；所述TE温度传感器设置在样品基座21的底部和制冷片TE模块之间，检测所述制冷片TE模块的温度；所述热盖温度传感器及所述TE温度传感器均电连接所述控制单元3。
所述动态光散射检测部件包括将来自光源的光照射到PCR样品试管81的照射部、光谱强度取得部及测定部55，所述光谱强度取得部使来自参照面的反射光和透射过参照面的来自样品的散射光分光，取得所述反射光和所述散射光的干涉光的光谱强度，所述参照面设置在所述光源照射到PCR样品8的光的光路上；所述测定部55基于取得的所述光谱强度对PCR样品8进行实时动态光散射变化的检测。
所述光谱强度取得部包括沿光路依次设置的第一凹面镜51、衍射光栅52、第二凹面镜53及光检测器54，所述光检测器54由多个受光元件成列排布的线性传感器照相机构成。
所述照射部包括光源及连接所述光源的光循环器7，所述光循环器7还连接有第一发射器71及第二发射器72，所述第一发射器71将来自光源的光由所述PCR样品8的气液界面82照射到所述PCR样品8，所述参照面是空气和所述样品的气液界面82；所述第一凹面镜51对应所述第二发射器72设置并接收来自所述第二发射器72发出的光。对应所述第一发射器71设置有物镜61，通过所述物镜61将来自光源的光由所述PCR样品8的气液界面82照射到所述PCR样品8。
所述光检测器54电连接所述测定部55，所述光检测器54将取得的参照光和样品散射光的干涉光的光谱强度输送到所述测定部55，所述测定部55基于所述光谱强度对PCR样品8进行动态光散射的运算处理。
控制系统，包括控制单元3及对来自所述测定部55的检测数据进行分析处理的上位机4，所述控制单元3电连接所述上位机4、热循环系统及所述动态光散射检测部件，所述控制单元3还电连接有电源系统9。
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明：
实施例1
如图2所示的一种适用于本发明实时动态光散射定量PCR仪中的动态光散射检测部件。
该检测部件包括低相干光源6，此处，低相干光源6采用超辐射激光二极管，此外，作为光源，亦可使用其它的低相干光源或白光LED等极短相干光源。
所述低相干光源6连接有光循环器7，该光循环器7采用三端口光循环器，该光循环器7的第一端口作为光源入射口，通过光,73连接到低相干光源6；该光循环器7的第二端口通过光纤73连接有第一发射器71，该第一发射器71将发射到第二端口的光输出到对应设置的物镜61；该光循环器7的第三端口通过光纤73连接有第二发射器72，该第二发射器72将发射到第三端口的光输出。
所述物镜61使用倍率为20倍、数值孔径为0.3的有限远物镜，通过物镜使得成像点的焦深经由气液界面82垂直照射到样品试管81内的PCR样品8上。
由所述第二发射器72发射出的光照射到第一凹面镜51上，所述第一凹面镜51将光反射到衍射光栅52上进行分光，再将分光后的参照光及样品散射光照射到第二凹面镜53上，经由第二凹面镜53将光反射到光检测器54上，发生干涉从而作为干涉光检测其光谱强度。此处起到分光及检测作用的第一凹面镜51、第二凹面镜53、衍射光栅52及光检测器54可优选设置为柴尔尼特纳型，也可以设置为满足条件的其它形式。
光检测器54连接有测定部55，光检测器54由多个受光元件排成一列的线性传感器照相机构成；所述光检测器54取得参照光和样品散射光的干涉光的光谱强度并向测定部55输出，所述测定部55基于该光谱强度对测定的PCR样品8进行动态光散射的运算处理，并将运算处理结果及检测数据输送至上位机4，所述上位机4通过系统内设置的分析软件对实时动态光散射变化的检测数据进行分析处理，或通过显示器展示检测分析结果，如图4所示。
本实施例所述实时动态光散射定量PCR仪的其它结构参见现有技术。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种实时动态光散射定量PCR仪，其特征在于，包括：
热循环系统，用于控制PCR样品试管的受热状态；
动态光散射检测部件，包括将来自光源的光照射到PCR样品试管的照射部、光谱强度取得部及测定部，所述光谱强度取得部使来自参照面的反射光和透射过参照面的来自样品的散射光分光，取得所述反射光和所述散射光的干涉光的光谱强度，所述参照面设置在所述光源照射到PCR样品的光的光路上；所述测定部基于取得的所述光谱强度对PCR样品进行实时动态光散射变化的检测；
控制系统，包括控制单元及对来自所述测定部的检测数据进行分析处理的上位机，所述控制单元电连接所述上位机、热循环系统及所述动态光散射检测部件。
2.根据权利要求1所述的一种实时动态光散射定量PCR仪，其特征在于，所述热循环系统包括防止水蒸气凝结在试管盖上的热盖部件及对试管进行加热或降温的加热模块，所述热盖部件设置在试管基座的上方并与试管口接触连接。
3.根据权利要求2所述的一种实时动态光散射定量PCR仪，其特征在于，所述加热模块设置在所述试管基座的底部，所述加热模块采用制冷片TE模块。
4.根据权利要求3所述的一种实时动态光散射定量PCR仪，其特征在于，所述热盖部件设置有热盖温度传感器，所述制冷片TE模块上设置有TE温度传感器，所述热盖温度传感器及所述TE温度传感器均电连接所述控制单元。
5.根据权利要求1所述的一种实时动态光散射定量PCR仪，其特征在于，所述光谱强度取得部包括沿光路依次设置的第一凹面镜、衍射光栅、第二凹面镜及光检测器，所述光检测器由多个受光元件成列排布的线性传感器照相机构成。
6.根据权利要求5所述的一种实时动态光散射定量PCR仪，其特征在于，所述照射部包括光源及连接所述光源的光循环器，所述光循环器还连接有第一发射器及第二发射器，所述第一发射器将来自光源的光由所述PCR样品的气液界面照射到所述PCR样品；所述第一凹面镜对应所述第二发射器设置并接收来自所述第二发射器发出的光。
7.根据权利要求6所述的一种实时动态光散射定量PCR仪，其特征在于，对应所述第一发射器设置有物镜，通过所述物镜将来自光源的光由所述PCR样品的气液界面照射到所述PCR样品，所述参照面是空气和所述样品的气液界面。
8.根据权利要求6所述的一种实时动态光散射定量PCR仪，其特征在于，所述光源为采用超辐射激光二极管的低相干光源。
9.根据权利要求6或8所述的一种实时动态光散射定量PCR仪，其特征在于，所述光循环器与所述第一发射器、第二发射器及所述光源之间均通过光纤进行连接。
10.根据权利要求5所述的一种实时动态光散射定量PCR仪，其特征在于，所述光检测器电连接所述测定部，所述光检测器将取得的参照光和样品散射光的干涉光的光谱强度输送到所述测定部，所述测定部基于所述光谱强度对PCR样品进行动态光散射的运算处理。
CN201810282834.4A 2018-04-02 2018-04-02 一种实时动态光散射定量pcr仪 Active CN108611267B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810282834.4A CN108611267B (zh) 2018-04-02 2018-04-02 一种实时动态光散射定量pcr仪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810282834.4A CN108611267B (zh) 2018-04-02 2018-04-02 一种实时动态光散射定量pcr仪

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108611267A true CN108611267A (zh) 2018-10-02
CN108611267B CN108611267B (zh) 2022-02-18

Family

ID=63659381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810282834.4A Active CN108611267B (zh) 2018-04-02 2018-04-02 一种实时动态光散射定量pcr仪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108611267B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110597321A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 东北大学 一种皮升级别液体的温度控制装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012154555A1 (en) * 2011-05-06 2012-11-15 The General Hospital Corporation Nanocompositions for monitoring polymerase chain reaction (pcr)
CN105277490A (zh) * 2014-06-20 2016-01-27 大塚电子株式会社 动态光散射测定装置和动态光散射测定方法
WO2017106937A1 (en) * 2015-12-24 2017-06-29 Monash University Enzymatically active supramolecular assemblies
CN106929388A (zh) * 2015-12-31 2017-07-07 苏州百源基因技术有限公司 一种实时荧光定量pcr仪

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012154555A1 (en) * 2011-05-06 2012-11-15 The General Hospital Corporation Nanocompositions for monitoring polymerase chain reaction (pcr)
CN105277490A (zh) * 2014-06-20 2016-01-27 大塚电子株式会社 动态光散射测定装置和动态光散射测定方法
WO2017106937A1 (en) * 2015-12-24 2017-06-29 Monash University Enzymatically active supramolecular assemblies
CN106929388A (zh) * 2015-12-31 2017-07-07 苏州百源基因技术有限公司 一种实时荧光定量pcr仪

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIANG-MIN MIAO ET AL.: "Dynamic-light-scattering-based sequence-specific recognition of double-stranded DNA with oligonucleotide-functionalized gold nanoparticles", 《CHEMISTRY》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110597321A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 东北大学 一种皮升级别液体的温度控制装置
CN110597321B (zh) * 2019-09-19 2020-10-16 东北大学 一种皮升级别液体的温度控制装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108611267B (zh) 2022-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105424665B (zh) 用于快速确定医学疾病的设备、系统和方法
CN108139327A (zh) 在线过程监测
CN102279263A (zh) 一种ccd型胶体金免疫层析诊断试纸定量分析系统
JPH11503236A (ja) 流体中の粒子の定量決定方法及びその装置
CN101247754A (zh) 体内组织分类方法
JP2004037370A (ja) 顕微鏡的微粒子を定量および定性測定用に素早く検出して同定する方法および装置
Verstockt et al. Skin cancer detection using infrared thermography: Measurement setup, procedure and equipment
CA2975790A1 (en) System, devices and methods using an integrated sphere light collector
CN104007084A (zh) 近红外漫反射有机磷农药残留快速无损检测装置
CN204439552U (zh) 一种免疫荧光定量分析仪
JP2015517671A (ja) 生物由来の生理活性物質の測定装置及び測定方法
Kim et al. A portable somatic cell counter based on a multi-functional counting chamber and a miniaturized fluorescence microscope
KR20150120537A (ko) 고출력 비표지 세포 분석 시스템 및 그 구동방법
CN108611267A (zh) 一种实时动态光散射定量pcr仪
CN212321444U (zh) 表面增强拉曼散射结合spr传感的检测装置
CN105928697B (zh) 一种燃气阀响应时间测量装置与方法
US9869631B2 (en) Analysis device and method of determining mounted state of cartridge of the analysis device
JP2021514051A (ja) 分析装置
CN204044065U (zh) 一种近红外漫反射有机磷农药残留快速无损检测装置
JP2005043278A (ja) 蛍光相関分光測定装置及び不均一系試料における拡散係数測定方法
US11408825B2 (en) Forensic detector and the system thereof
US10408755B2 (en) Optical device and method for determining an optical property of specimen
KR20150120891A (ko) 고출력 비표지 세포 분석 시스템 및 그 구동방법
Su et al. Smart palm-size optofluidic hematology analyzer for automated imaging-based leukocyte concentration detection
EP4215899A1 (en) Water quality inspection device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant