CN110004049A - 基于pcr技术的生物基因鉴定平台 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于PCR技术的生物基因鉴定平台，包括检测容置单元、激光单元、光电传感单元和处理单元；其中，检测容置单元用于容置显色溶液，显色溶液是显色反应后的待测溶液；激光单元用于发射第一信号激光，第一信号激光透过显色溶液后作为第二信号激光射入光电传感单元；光电传感单元用于将第一信号激光和第二信号激光分别转换为第一电压信号和第二电压信号；处理单元用于基于第一电压信号和第二电压信号，获取待测溶液中的待测核酸浓度。本发明实施例提供的生物基因鉴定平台，检测设备成本低廉，同时检测过程简单易行，检测门槛低，检测难度小，有效扩大了基因检测的应用范围，有助于PCR生物基因检测技术的推广普及和监管把控。

Description

基于PCR技术的生物基因鉴定平台

技术领域

本发明实施例涉及生物检测技术领域，尤其涉及一种基于PCR技术的生物基因鉴定平台。

背景技术

基于PCR技术的生物基因检测广泛应用于食品安全、监督执法、卫生防疫、医疗健康、进出口检疫等诸多领域，是衡量食品卫生质量的重要指标之一。

随着食品微生物危害事件的频频暴发，食源性致病微生物的检测在食品安全工作中的重要性越来越高，针对致病菌的快速检测技术受到了越来越多的关注。目前的致病菌检测大多采用PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)基因体外扩增法，通过将目标致病菌群体结构放大几个数量级，从而实现目标致病菌群体的定量检测。

然而，上述方法必须配合价格昂贵的PCR荧光定量检测仪使用，成本高昂，操作繁琐、条件苛刻，致病菌检测效率低。

发明内容

本发明实施例提供一种基于PCR技术的生物基因鉴定平台，用以解决现有的PCR检测仪价格高昂、操作繁琐、条件苛刻、效率低下的问题。

本发明实施例提供一种基于PCR技术的生物基因鉴定平台，包括检测容置单元、激光单元、光电传感单元和处理单元；其中，所述激光单元和光电传感单元分别设置在所述检测容置单元的两侧，所述光电传感单元与所述处理单元连接；

所述检测容置单元用于容置显色溶液，所述显色溶液是显色反应后的待测溶液；

所述激光单元用于发射第一信号激光，所述第一信号激光透过所述显色溶液后作为第二信号激光射入所述光电传感单元；

所述光电传感单元用于将所述第一信号激光和所述第二信号激光分别转换为第一电压信号和第二电压信号；

所述处理单元用于基于所述第一电压信号和所述第二电压信号，获取所述待测溶液中的待测核酸浓度。

本发明实施例提供的一种基于PCR技术的生物基因鉴定平台，通过获取第一信号激光和第二信号激光对应的电压信号，快速判断显色反应后的待测溶液的激光吸收量，从而得到待测核酸浓度，检测所需设备成本低廉，极大降低了检测成本，同时检测过程简单易行，检测门槛低，检测难度小，有效扩大了基因检测的应用范围，有助于PCR生物基因检测技术的推广普及和监管把控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，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余的附图。

图1为本发明实施例提供的基于PCR技术的生物基因鉴定平台的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的容置架的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的温控容置单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的基于PCR技术的生物基因鉴定平台的俯视图附图标记说明：

1-检测容置单元； 11-显色溶液； 12-容置架；

121-通孔； 122-容置孔； 2-激光单元；

3-光电传感单元； 4-处理单元； 5-第一信号激光；

6-第二信号激光； 7-温控容置单元； 71-导热容置架；

72-第一电热元件； 73-第一温度传感元件； 74-温控按钮；

75-温控显示器； 8-壳体； 9-打印单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其余实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的基于PCR技术的生物基因检测必须配合价格昂贵的PCR荧光定量检测仪使用，成本高昂，操作繁琐、条件苛刻，致病菌检测效率低。为解决上述问题，本发明实施例提供了一种基于PCR技术的生物基因鉴定平台。图1为本发明实施例提供的基于PCR技术的生物基因鉴定平台的结构示意图，如图1所示，该平台包括检测容置单元1、激光单元2、光电传感单元3和处理单元4；其中，激光单元2和光电传感单元3分别设置在检测容置单元1的两侧，光电传感单元3与处理单元4连接；检测容置单元1用于容置显色溶液11，显色溶液11是显色反应后的待测溶液；激光单元2用于发射第一信号激光5，第一信号激光5透过显色溶液11后作为第二信号激光6射入光电传感单元3；光电传感单元3用于将第一信号激光5和第二信号激光6分别转换为第一电压信号和第二电压信号；处理单元4用于基于第一电压信号和第二电压信号，获取待测溶液中的待测核酸浓度。

具体地，待测溶液为需要进行生物基因检测的溶液，待测生物基因是通过PCR技术反应得到的扩增后的待测核酸溶液。在得到待测溶液后，需要将待测溶液进行显色反应，此处显色反应为将待测溶液中待测组分转变成有色化合物的化学反应。通过显色反应，可以对待测溶液中的待测核酸进行显色，得到显色溶液11。检测容置单元1是用于容置显色溶液11的装置，需要说明的是，检测容置单元1中用于容置显色溶液11的部分是透明的。

激光单元2是具备发射激光功能的器件，例如激光二极管、SLED光源等，本发明实施例对此不作具体限定。需要说明的是，此处激光单元2发出的信号激光，即第一信号激光5，其波长是根据显色溶液11的颜色确定的。光电传感单元3即光电传感器，是能够基于光电效应将光信号转换为电信号的元件，例如光电管、光电倍增管、光敏电阻、硅光电池等，本发明实施例对此不作具体限定。处理单元4是具备逻辑运算功能的处理器，处理单元4可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理单元4)、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)芯片，还可以是电脑、智能手机、平板电脑等智能终端设备。

激光单元2和光电传感单元3分别设置在检测容置单元1的两侧，当检测容置单元1中未容置显色溶液11时，激光单元2产生的第一信号激光5直接透过检测容置单元1照射到光电感应单元上，光电感应单元将第一信号激光5转换为第一电压信号，并发送给处理单元4。当检测容置单元1中容置有显色溶液11时，激光单元2产生的第一信号激光5首先射入显色溶液11，根据朗伯比尔定律，某一波长的单色光经过预设距离、预设颜色的液体时，该液体对光的吸收与该液体的浓度存在规律。本发明实施例中，第一信号激光5即为波长与显色溶液11的颜色存在对应关系的单色光。因此，第一信号激光5经过显色溶液11时，显色溶液11对第一信号激光5的吸收与显色溶液11中待测核酸的浓度之间存在对应关系。在显色溶液11吸收掉部分第一信号激光5后，剩余部分的第一信号激光5即第二信号激光6通过显色溶液11照射在光电感应单元上，光电感应单元将第二信号激光6转换为第二电压信号，并发送给处理单元4。

处理单元4在接收到第一电压信号和第二电压信号后，可以根据第一电压信号和第二电压信号的差值反推出第一信号激光5在经过显色溶液11时被显色溶液11吸收的光强，根据显色溶液11对第一信号激光5的吸收与显色溶液11中待测核酸的浓度之间的对应关系，得到待测核酸的浓度。

本发明实施例提供的平台，通过获取第一信号激光和第二信号激光对应的电压信号，快速判断显色反应后的待测溶液的激光吸收量，从而得到待测核酸浓度，检测所需设备成本低廉，极大降低了检测成本，同时检测过程简单易行，检测门槛低，检测难度小，有效扩大了生物基因检测的应用范围，有助于PCR生物基因检测技术的推广普及和监管把控。

基于上述实施例，该平台中，检测容置单元包括容置架和容置试管，其中容置架用于放置容置试管，容置试管的底部为倒锥形。

具体地，检测容置单元包括容置架和容置试管，一个容置架可以用于放置一个或多个容置试管，本发明实施例对此不作具体限定。容置试管用于盛放显色溶液，还可以用于盛放显色反应前的待测溶液，或者为待测溶液的显色反应提供反应容器。

考虑到用于显色反应的试剂成本高昂，将容置试管的底部设置为倒锥形结构，进而在减少试剂用量、节约成本的同时，保证第一信号激光照射在显色溶液上的面积，保证生物基因的检测质量。

基于上述任一实施例，图2为本发明实施例提供的容置架的结构示意图，如图2所示，容置架12上设置有通孔121，通孔121的中心轴线为第一信号激光与第二信号激光的光路。

具体地，基于第一信号激光与第二信号激光的光路在容置架12上设置通孔121，使得装设在容置架12的容置孔121内的容置试管内的显色溶液，可以通过通孔121显露出来，从而在核酸检测过程中，激光单元发出的第一信号激光能够通过容置架12上的通孔121射入显色溶液，透过显色溶液的第二信号激光可以通过容置架12上的通孔121射入光电传感单元。图2中的容置架12上开设有8个通孔121，分别对应8个可用于装设容置试管的容置孔121。此外，容置架12上还可以开设通槽，使得不同显色溶液对应的第一信号激光均能够通过通槽射入对应的显色溶液，不同显色溶液透出的第二信号激光均能够通过通槽射入对应的光电传感单元，本发明实施例对此不作具体限定。

基于上述任一实施例，图3为本发明实施例提供的温控容置单元的结构示意图，如图3所示，该平台还包括温控容置单元7；温控容置单元7包括导热容置架71、第一电热元件72和第一温度传感元件73；其中，导热容置架71用于放置容置试管；第一电热元件72贴装在导热容置架71上，第一温度传感元件贴装在导热容置架71或第一电热元件72上，处理单元分别与第一电热元件72和第一温度传感元件73连接。

具体地，为了加速显色反应，在平台内设置温度可调的温控容置单元7。温控容置单元7包括导热容置架71、第一电热元件72和第一温度传感元件73，其中导热容置架71是热的良导体，用于放置容置试管，并将第一电热元件72生成的热能传输给容置试管，以提高容置试管内待测溶液的显色反应温度。第一电热元件72是能够将电能转化为热能的元件，第一电热元件72贴装在导热容置架71上，用于加热导热容置架71，第一电热元件72可以是微波加热装置、电磁感应热装置、电热线、电热板、电热带等，本发明实施例对此不作具体限定。第一温度传感元件73可以是热敏电阻，还可以是温度传感器等具备温度检测功能的元件，本发明实施例对此不作具体限定。第一温度传感器贴装在导热容置架71上或第一电热元件72上，实时检测导热容置架71的温度，并将检测得到的温度发送给处理单元。处理单元在接收到导热容置架71的温度后，可以根据导热容置架71的温度和预先设定的反应温度控制第一电热元件72继续加热或停止加热，从而保证待测溶液能够在预先设定的反应温度下进行显色反应。

需要说明的是，该平台内可设置一个或多个温控容置单元7，每一温控容置单元7可用于容置一个或多个容置试管，不同温控容置单元7之间的控制温度相互独立。

基于上述任一实施例，该平台还包括风机；检测容置单元与温控容置单元之间设置有风道，风机用于将第一电热元件产生的热能通过风道传输至检测容置单元。

具体地，当温控容置单元的数量不足以满足核酸检测的需求时，可以将需要进行显色反应的容置试管放置在检测容置单元的容置架内，通过风机将温控容置单元内装设的第一电热元件产生的热能通过温控容置单元与检测容置单元之间的风道传输到检测容置单元，进而实现对检测容置单元内的容置架的加热，保证放置在检测容置单元的容置架内容置试管中待测溶液的显色反应温度。

基于上述任一实施例，温控容置单元还包括温控开关；温控开关与处理单元连接。在温控容置单元内设置温控开关，使得工作人员能够通过温控开关向处理单元反馈是否需要启动第一电热元件对导热容置架进行加热。

基于上述任一实施例，检测容置单元还包括第二电热元件和第二温度传感元件；第二电热元件贴装在容置架上，第二温度传感元件贴装在容置架或第二电热元件上，处理单元分别与第二温度传感元件和第二电热元件连接。

具体地，除了可以在平台内加设温控容置单元来控制待测溶液的显色反应温度，还可以直接在检测容置单元的容置架上设置第二温度传感元件和第二电热元件，从而使得检测容置单元在具备检测过程中容置显色溶液功能的同时，直接具备控制待测溶液显色反应温度的功能。此处，第二电热元件是能够将电能转化为热能的元件，第二电热元件贴装在导热容置架上，用于加热容置架，第二电热元件可以是微波加热装置、电磁感应热装置、电热线、电热板、电热带等，本发明实施例对此不作具体限定。第二温度传感元件可以是热敏电阻，还可以是温度传感器等具备温度检测功能的元件，本发明实施例对此不作具体限定。第二温度传感器贴装在检测容置单元的容置架或第二电热元件上，实时检测容置架的温度，并将检测得到的温度发送给处理单元。处理单元在接收到容置架的温度后，可以根据容置架的温度和预先设定的反应温度控制第二电热元件继续加热或停止加热，从而保证待测溶液能够在预先设定的反应温度下进行显色反应。

相比单独设置的温控容置单元，具备温控功能的检测容置单元无需工作人员等待温控容置单元中加热的待测溶液显色反应完成后取出再放入检测容置单元，有效简化了操作流程。

基于上述任一实施例，该装置还包括信号调理单元和模数转换单元；信号调理单元用于对光电传感单元输出的第一电压信号和第二电压信号进行调理，并将调理后的第一电压信号和第二电压信号输入模数转换单元；模数转换单元用于分别将调理后的第一电压信号和第二电压信号转换为第一数字信号和第二数字信号，并输入至处理单元。

具体地，信号调理单元分别与光电传感单元和模数转换单元连接。光电传感单元接收到激光单元直接发射的第一信号激光后，将第一信号激光转换为第一电压信号，并将第一电压信号输入信号调理单元，信号调理单元对第一电压信号进行滤波调理后，将调理后的第一电压信号输入至模数转换单元。模数转换单元在接收到实质上是模拟信号的第一电压信号后，对第一电压信号进行模数转换，得到第一数字信号，并将第一数字信号输入到处理单元。同样地，光电传感单元接收到经过显色溶液后的第二信号激光后，将第二信号激光转换为第二电压信号，并将第二电压信号输入信号调理单元，信号调理单元对第二电压信号进行滤波调理后，将调理后的第二电压信号输入至模数转换单元。模数转换单元在接收到实质上是模拟信号的第二电压信号后，对第二电压信号进行模数转换，得到第二数字信号，并将第二数字信号输入到处理单元。

基于上述任一实施例，该平台还包括壳体，检测容置单元、激光单元和光电传感单元装设在壳体内。处理单元可以与检测容置单元、激光单元和光电传感单元一起装设在壳体内，也可以设置在壳体之外，通过无线通讯单元或者信号线与壳体内的各单元连接。

当该平台的处理单元设置在壳体之外，则将壳体以及壳体内装设的检测容置单元、激光单元和光电传感单元作为基于PCR技术的生物基因鉴定平台中的生物基因检测仪器，将处理单元作为基于PCR技术的生物基因鉴定平台中的控制系统，即基于PCR技术的生物基因鉴定平台采用生物基因检测仪器与控制系统分立的分体式设计，任意具备逻辑运算能力的处理单元，例如生活中垂手可得的手机、平板电脑或笔记本电脑均可作为控制系统，有利于减少生物基因检测仪器与控制系统之间的干扰，缩小生物基因检测仪器体积，使得基于基于PCR技术的生物基因鉴定平台的操作更加灵活多样。

基于上述任一实施例，该平台还包括打印单元；打印单元与处理单元连接；处理单元还用于基于待测核酸浓度生成检测报告；打印单元用于打印检测报告。

具体地，处理单元在基于第一电压信号和第二电压信号获取待测核酸浓度后，可以根据处理单元内置的待测核酸的检测标准，以及测量所得的待测核酸浓度，得到检测结果，例如超标或者合格，并生成检测报告。检测报告可以包含待测核酸浓度，还可以包含待测核酸的检测标准和/或检测结果，本发明实施例对此不作具体限定。处理单元得到检测报告后，可以将检测报告发送给打印单元，并控制打印单位打印检测报告。

基于上述任一实施例，图4为本发明实施例提供的基于PCR技术的生物基因鉴定平台的俯视图，如图4所示，该平台包括壳体8和处理单元，壳体8上设置有串口通信接口，用于与处理单元连接。壳体8内包括两组检测容置单元1、两组检测容置单元1分别对应的激光单元2和光电传感单元3，两组温控容置单元7以及打印单元9。

其中，两组检测容置单元1并排铺设在壳体8表面，每一检测容置单元1的容置架上设置有8个容置孔122，最多可用于容置8只盛放有显色溶液的容置试管同时进行待测核酸的浓度检测，此处容置试管的底部为倒锥形。每一容置孔122的两侧分别设置有对应的激光单元2和光电传感单元3，用于发射第一信号激光，并将第一信号激光和经过显色溶液的第二信号激光分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并通过调理单元和模数转换单元形成第一数字信号和第二数字信号，经由串口通信接口传输至处理单元。

两组温控容置单元7并排铺设在壳体8表面，其中一组为常用温控容置单元7，另一组为备用温控容置单元7，两组温控容置单元7的导热容置架71上均贴装有第一电热元件和第一温度传感元件，从而保证待测溶液能够在预先设定的反应温度下进行显色反应。温控容置单元7还包括温控按钮74和温控显示器75，温控按钮74和温控显示器75均布设在壳体8表面，其中温控按钮74用于输入用户期望达到的预设温度，温控显示器75用于显示预设温度和/或加热温度。

打印单元9通过串口通信接口与处理单元连接，用于打印检测报告。

处理单元可以基于第一数字信号和第二数字信号的差值反推出第一信号激光在经过显色溶液时被显色溶液吸收的光强，根据显色溶液对第一信号激光的吸收与显色溶液中待测核酸的浓度之间的对应关系，得到待测核酸的浓度，并基于待测核酸的浓度生成检测报告，并控制打印单元9打印检测报告。处理单元还可以基于第一温度传感元件采集的导热容置架71温度，控制第一电热元件工作；处理单元还可以接收用户提供的预设温度，并控制第一电热元件将导热容置架71的温度稳定在预设温度。

本发明实施例提供的平台，通过获取第一信号激光和第二信号激光对应的电压信号，快速判断显色反应后的待测溶液的激光吸收量，从而得到待测核酸浓度，检测所需设备成本低廉，极大降低了检测成本，同时检测过程简单易行，检测门槛低，检测难度小，有效扩大了生物基因检测的应用范围，有助于PCR生物基因检测技术的推广普及和监管把控。

此外，考虑到用于显色反应的试剂成本高昂，将容置试管的底部设置为倒锥形结构，进而在减少试剂用量、节约成本的同时，保证第一信号激光照射在显色溶液上的面积，保证生物基因的检测质量。

再者，通过设置温度可调的温控容置单元，能够保证待测溶液能够在预先设定的反应温度下进行显色反应。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于PCR技术的生物基因鉴定平台，其特征在于，包括检测容置单元、激光单元、光电传感单元和处理单元；其中，所述激光单元和光电传感单元分别设置在所述检测容置单元的两侧，所述光电传感单元与所述处理单元连接；

所述检测容置单元用于容置显色溶液，所述显色溶液是显色反应后的待测溶液；

所述激光单元用于发射第一信号激光，所述第一信号激光透过所述显色溶液后作为第二信号激光射入所述光电传感单元；

所述光电传感单元用于将所述第一信号激光和所述第二信号激光分别转换为第一电压信号和第二电压信号；

所述处理单元用于基于所述第一电压信号和所述第二电压信号，获取所述待测溶液中的待测核酸浓度。

2.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，所述检测容置单元包括容置架和容置试管，其中所述容置架用于放置所述容置试管，所述容置试管的底部为倒锥形。

3.根据权利要求2所述的平台，其特征在于，所述容置架上设置有通孔，所述通孔的中心轴线为所述第一信号激光与所述第二信号激光的光路。

4.根据权利要求2所述的平台，其特征在于，还包括温控容置单元；所述温控容置单元包括导热容置架、第一电热元件和第一温度传感元件；

其中，所述导热容置架用于放置所述容置试管；所述第一电热元件贴装在所述导热容置架上，所述第一温度传感元件贴装在所述导热容置架或所述第一电热元件上，所述处理单元分别与所述第一电热元件和所述第一温度传感元件连接。

5.根据权利要求4所述的平台，其特征在于，还包括风机；所述检测容置单元与所述温控容置单元之间设置有风道，所述风机用于将所述第一电热元件产生的热能通过所述风道传输至所述检测容置单元。

6.根据权利要求4所述的平台，其特征在于，温控容置单元还包括温控开关；所述温控开关与所述处理单元连接。

7.根据权利要求2所述的平台，其特征在于，所述检测容置单元还包括第二电热元件和第二温度传感元件；所述第二电热元件贴装在所述容置架上，所述第二温度传感元件贴装在所述容置架或所述第二电热元件上，所述处理单元分别与所述第二电热元件和所述第二温度传感元件连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的平台，其特征在于，还包括信号调理单元和模数转换单元；

所述信号调理单元用于对所述光电传感单元输出的所述第一电压信号和所述第二电压信号进行调理，并将调理后的所述第一电压信号和第二电压信号输入所述模数转换单元；

所述模数转换单元用于分别将所述调理后的第一电压信号和第二电压信号转换为第一数字信号和第二数字信号，并输入至所述处理单元。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的平台，其特征在于，还包括壳体，所述检测容置单元、所述激光单元和所述光电传感单元装设在所述壳体内。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的平台，其特征在于，还包括打印单元；所述打印单元与所述处理单元连接；

所述处理单元还用于基于所述待测核酸浓度生成检测报告；

所述打印单元用于打印所述检测报告。