CN110470720B

CN110470720B - 一种用于毛细管电泳仪的驻温装置

Info

Publication number: CN110470720B
Application number: CN201910894785.4A
Authority: CN
Inventors: 闫列震; 龙贵州; 姚金安
Original assignee: Guizhou Shenke Biotechnology Co ltd
Current assignee: Guizhou Shenke Biotechnology Co ltd
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: CN110470720A

Abstract

本申请涉及DNA自动化检测设备技术领域，具体公开了一种用于毛细管电泳仪的驻温装置，包括加热底板和加热盖板，加热底板的上端设置有加热膜，加热膜电连接有电源、加热开关以及温度控制器，加热底板的上面覆盖有驻温板；加热盖板的底部设置有保温海绵。本专利的目的在于解决现有的毛细管加热的驻温装置的毛细管更换不方便的问题。

Description

一种用于毛细管电泳仪的驻温装置

技术领域

本发明涉及DNA自动化检测设备技术领域，特别涉及一种用于毛细管电泳仪的驻温装置。

背景技术

毛细管电泳使填充有分离介质的毛细管保持恒定温度并施加高电压来使带电的DNA以核苷酸长度分离。通过向毛细管照射激励光，检测从在毛细管内通过的DNA的荧光色素标识发出的荧光，从而能够读取样本的核苷酸序列。

目前，市面上流行的毛细管电泳仪，为了在检测过程中，加速样品的分离，提高检测的效率，都设置有为毛细管加热的驻温装置，其大多使用硅胶加热板或电热线等作为核心元件，具有外形尺寸大，加热时间长，所需功率高的特点，这不利于仪器的小型化和微型化，加热时间长也与DNA分析仪的其余模块的时间无法匹配，严重影响检测效率，迫切需求一种加热速度快，尺寸小，结构简单的毛细管电泳的加热装置。

公开号为CN108700548A的中国专利公开了毛细管电泳装置，提到除单纯设置毛细管的电极到附近的导电性部件的空间距离以外，还可以使用通过封堵空间进行绝缘的方法。但考虑到毛细管是消耗品，不便于更换的原因，故而采取了设置接地导电部件的方式，使相邻部件点位降低，并采用绝缘片材包覆，避免放电的方式。然而该结构复杂，加工组装工艺要求极高，且仍旧要求一定的绝缘距离，不利装置的进一步小型化和结构简洁化要求。

在授权公告号为CN207541015U的中国专利中公开了毛细管电泳盒，毛细管与加热装置和检测装置做成一个整体，如需更换毛细管，则需要更换整个加热盒，并且其并没有解决高压下的绝缘性问题。

因此研制一款体积小、检测速率高、便于更换毛细管，且能够对20kv甚至更高电压绝缘的毛细管驻温装置具有重大意义。

发明内容

针对现有技术不足，本发明解决的技术问题是提供一种用于毛细管电泳仪的驻温装置，解决现有的毛细管驻温装置的毛细管更换不方便的问题。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于毛细管电泳仪的驻温装置，包括加热底板和加热盖板，加热底板的上端设置有加热膜，加热膜电连接有电源、加热开关以及温度控制器，加热膜与电源、加热开关以及温度控制器串联；加热底板的上面覆盖有驻温板；加热盖板的底部设置有保温海绵；驻温板的上端面上设置有将毛细管进行限位的弹性的W扣，W扣下方两个尖端的左端固定在驻温板上，W扣下方两个尖端的右端为自由端；W扣的收缩部的内侧固定有限位板。

本技术方案的技术原理为：

1、设置加热底板和加热盖板，将毛细管放置在加热底板和加热盖板之间，减少热量损失，一方面可以降低装置所需功率，另一方面可提高加热速率，并且加热盖板可开启，方便更换毛细管。

2、设置加热板，用于加热毛细管。

3、设置驻温板，驻温板既能存储一定的热量，也有导热性好的特点，能够迅速将热量传递给加热对象——毛细管，此外驻温板可绝缘，防止装置与15kv高压放电，造成其他电子原件故障、击穿控制电路电阻电容，影响其他电子元件正常工作。

本方案产生的有益效果是：

1.与现有的毛细管加热装置相比，现有的毛细管与加热装置做成一个整体，如需更换毛细管，则需要更换整个加热盒，成本高昂；而本申请方案中的通过打开加热盖板即可进行毛细管的更换，更换毛细管方便，而加热盖板和加热底板无需更换，成本低。

2.与现有的毛细管加热装置相比，现有的毛细管加热装置没有设置驻温板，本装置设有驻温板，可增大装置的热容量，通过设置温度控制器更易于控制加热温度，可提升毛细管加热的速率，从而提高检测速率。

进一步，所述加热膜的材质为石墨烯。

石墨烯加热膜具有发热迅速，可在短时间内快速升温，且石墨烯加热膜具有温度均匀性好，绝缘性好，小尺寸低电压，厚度薄，特殊尺寸可定制，定制周期短，定制成本较低等特点。

进一步，所述驻温板的材质为氮化铝陶瓷。

铝铜等金属材料具有高导热系数，是驻温板材质的优选，不过本装置需要靠近毛细管电泳的20Kv高压，因此需要选取绝缘材料；陶瓷是一种理想的绝缘材料，但普通的氧化铝陶瓷导热系数较低，因此选取高导热的氮化铝陶瓷，其导热系数能达到甚至高于铝的导热系数。

进一步，所述驻温板与加热底板之间设有间隙，所述间隙中灌注有绝缘用树脂。

使石墨烯加热膜与外界高压完全隔离，以达到绝缘性要求，即便在本装置与高压的电气间隙极小甚至为零，仍不会出现放电现象，可以满足毛细管电泳仪进一步将电泳电压提高的需求，相对较高的分离电压会提高分离度和缩短分析时间。

进一步，所述加热底板与加热盖板通过合页连接。

方便打开和盖上加热盖板。

进一步，所述加热底板与加热盖板内均设有强力磁铁，当加热盖板盖在加热底板上时两个强力磁铁相互吸引。

在盖上加热盖板时，磁力保证加热盖板紧紧盖在加热底板上，增强保温效果。

进一步，所述加热盖板的上端面设置有拉手。

方便开启和盖上加热盖板。

进一步，所述驻温板中设有一个以上的温度传感器，温度传感器与所述电源和所述温度控制器电连接。

使毛细管受热均匀。

进一步，所述加热膜与驻温板镶嵌在加热底板内部。

减少热量损失，加强保温效果。

进一步，所述驻温板的上端面上设置有将毛细管进行限位的弹性的W扣，W扣的一端固定在驻温板上，W扣的另一端为自由端；W扣的收缩部的内侧固定有限位板。

当将加热盖板盖在加热底板上时，加热盖板向下挤压W扣使W扣变形并将使毛细管紧贴驻温板，加快毛细管受热；毛细管加热完成后，打开加热盖板，W扣不再受到向下的挤压力，W扣复位，W扣的底部的两端合拢，限位板将毛细管向上挤压使毛细管和驻温板脱离，加速毛细管的降温；防止更换毛细管时烫手。拆下毛细管或者安装新的毛细管时只需用手抓住毛细管的一端并使毛细管的另一端依次从W扣中间穿过即可，毛细管安拆方便。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构爆炸图。

图2为本发明实施例的加热盖板打开时的整体结构图。

图3为本发明实施例的加热盖板盖上时的整体结构图。

图4为W扣未被压缩时的W扣与毛细管的配合结构示意图。

图5为W扣被压缩时的W扣与毛细管的配合结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：加热底板1、强力磁铁Ⅰ2、合页3、温度传感器4、石墨烯加热膜5、绝缘树脂6、驻温板7、保温海绵8、强力磁铁Ⅱ9、加热盖板10、拉手11、毛细管12、W扣13、限位板131。

实施例基本如附图1-附图5所示：

一种用于毛细管电泳仪的驻温装置，如图1所示，包括加热底板1，加热底板1为口部朝上的盒体状，加热底板1的内侧壁的高度为1cm，加热底板1的内底部固定有石墨烯加热膜5，石墨烯加热膜5电连接有电源、加热开关以及温度控制器，石墨烯加热膜5、电源、加热开关以及温度控制器串联。

石墨烯加热膜5具有发热迅速，可在短时间内快速升温，且石墨烯加热膜5具有温度均匀性好，绝缘性好，小尺寸低电压，厚度薄，特殊尺寸可定制，定制周期短，定制成本较低等特点。

石墨烯加热膜5两端电极通电的情况下，石墨烯加热膜5中的碳分子在电阻中产生声子、离子和电子，由产生的碳分子团之间相互摩擦、碰撞(也称布朗运动)而产生热能，热能又通过控制波长在5—14微米的远红外线以平面方式均匀地辐射出来，有效电热能总转换率达99％以上，同时加上特殊的石墨烯材料的超导性，保证发热性能稳定。

石墨烯加热膜5的上方固定有驻温板7，驻温板7的作用是使本驻温装置具有一定的热容量、温度稳定性好且加热温度易于控制，因此驻温板7既要能存储一定的热量，也需有导热性好的特点，能够迅速将热量传递给毛细管12；铝铜等金属材料具有高导热系数，是驻温板7材质的优选方向；不过本装置中的驻温板7需要靠近毛细管电泳的20Kv高压电场，因此需要选取绝缘材料；陶瓷是一种理想的绝缘材料，但普通的氧化铝陶瓷导热系数较低，而氮化铝陶瓷的导热系数能达到甚至高于铝的导热系数，因此本实施例中优选氮化铝陶瓷作为驻温板7。

如图1所示，驻温板7中设有3个温度传感器4，温度传感器4与温度控制器电连接。在温度控制器上将温度设置好后，温度传感器4将检测到的信号传输给温度控制器，当温度传感器4检测到的温度高于设定温度时，温度控制器控制石墨烯加热膜5停止加热，当温度传感器4检测到的温度低于设定温度时，温度控制器控制石墨烯加热膜5加热，使毛细管12加热的温度稳定。

本实施例中在驻温板7与加热底板1之间设有间隙，将驻温板7安装好后在驻温板7与加热底板1之间的间隙中灌注绝缘树脂6，使石墨烯加热膜5与外界高压完全隔离，以达到绝缘性要求，即便在本装置与高压的电器间隙极小甚至为零的情况下时，仍不会出现放电现象，可以满足毛细管电泳仪电压提高至20kv的需求，以通过相对较高的分离电压提高分离度和缩短分析时间。

石墨烯加热膜5和驻温板7均镶嵌在加热底板1的内底部，加热板1将石墨烯加热膜5和驻温板7的外周包裹，从而可减少热量损失，加强毛细管12的保温效果。

如图2所示，驻温板7的上端面上设置有将毛细管12进行限位的弹性的W扣13，W扣13由弹性橡胶材质制成，W扣13为绝缘体。W扣13的数量设置为3个并且3个W扣13位于同一圆弧上，相邻两个W扣13之间的间距相同。

如图4所示，W扣13的左端固定在驻温板7上，W扣13的右端为自由端；W扣13的收缩部的内侧固定有两块相对布置的限位板131，限位板131由硬质塑料制成，两块限位板131之间的间距小于毛细管12的半径。

拆下和安装新的毛细管12时只需抓住毛细管12的一端将毛细管12的另一端依次从W扣13中间穿过即可，毛细管12安拆方便。

加热底板1的一侧壁通过合页3铰接有加热盖板10，合页3由耐高温的橡胶材质制成，橡胶为绝缘材质；设有合页3使加热盖板10可相对于加热底板1翻转，满足更换毛细管12的要求，并且本装置结构简单，易于加工，成本低。

如图3所示，合页3的数量设置为两个且对称分布在加热底板1上与加热盖板10连接的一侧的两端，利用两个点可确定唯一的一条直线的原理，限制加热盖板10相对于加热底板1的转动方向并使加热盖板10受力平衡。

如图1所示，加热盖板10的底部固定有保温海绵8，保温海绵8的厚度为12mm。当把加热盖板10盖合在加热底板1上时，加热盖板10与加热底板1上下对齐，保温海绵8的四周与加热底板1的内侧壁贴合。保温海绵8的作用是保温。

此外，如图5所示，当将加热盖板10盖在加热底板1上时，加热盖板10向下挤压保温海绵8和W扣13使W扣13变形并使毛细管12紧贴驻温板7，加快毛细管12受热。毛细管12加热完成后，打开加热盖板10，W扣13不再受到向下的挤压力，W扣13复位，W扣13的底部的两端合拢，限位板131将毛细管12向上挤压使毛细管12和驻温板7脱离，加速毛细管12的降温，防止用手抓住毛细管12的一端将毛细管向外拉动并更换毛细管12时，拿取毛细管12导致的烫手。同时，保温海绵8不再受到挤压，保温海绵8恢复原形并吸入周围的空气带动驻温板7上方的空气流通可加速毛细管12的冷却。

加热底板1和加热盖板10均采用了聚四氟乙烯(PTFE)塑料，聚四氟乙烯(PTFE)塑料具有绝缘性优异，易于加工等特点；PTFE材质的热变形温度可达到220℃以上，远高于聚乙烯、聚甲醛、ABS等普通塑料的热变形温度，因此在本装置的温度下加热底板1和加热盖板10的变形量很小，可忽略不计。

如图1所示，加热盖板10的上端面固定有拉手11。方便开启和盖上加热盖板10。

为了使加热盖板10盖合在加热底板1上时将保温海绵8压缩，使保温海绵8贴紧驻温板7上，增强保温效果，在加热底板1内部的远离合页3的部分上固定有强力磁铁Ⅰ2，并且在加热盖板10内部与强力磁铁Ⅰ2对应的地方固定有强力磁铁Ⅱ9。当加热盖板10盖在加热底板1上时强力磁铁Ⅰ2与强力磁铁Ⅱ9相互吸引，保证加热盖板10紧紧地盖在加热底板1上，增强保温效果。

为了方便毛细管12的放置，如图1所示，在加热底板1上与合页3相邻的侧壁的两端开设有两个凹槽，方便放置毛细管12的两端。

具体实施过程如下：

如图2所示，通过拉手11打开加热盖板10，将毛细管12依次从W扣13的中间穿过，毛细管12被限位在驻温板7表面并使毛细管12的两端穿过凹槽并自然延伸至加热底板1外，然后盖上加热盖板10，加热盖板10挤压保温海绵8和W扣13使毛细管12和驻温板7表面贴合，然后通过控制器设定本装置内能达到的最高温度后，通过控制器对本装置施加电压，并通过温度传感器4检测本装置内的温度，控制器自动控制石墨烯加热膜5的加热温度配合毛细管电泳仪进行工作。采用本驻温装置后的毛细管电泳仪得出的信号更加稳定，分辨率和准确率均能满足市场需求。

当需更换毛细管12时，通过拉手11打开加热盖板10，W扣13复位使毛细管12与驻温板7脱离，同时保温海绵8恢复原状并吸入周围的空气带动空气流通，实现毛细管12的快速降温，然后用手向外拉动毛细管12的一端将毛细管12拆卸，同理更换上新的毛细管12即可，操作便捷。

本驻温装置采用了厚度小、发热快的石墨烯加热膜5，实现装置的小尺寸和便携性；本驻温装置采用了PTFE外壳+氮化铝的绝缘方式，既能满足绝缘性要求，又能减少装置在高温下的变形量，并保证传热效率；本驻温装置设有驻温板7，增大装置的热容量，通过温度控制器更易于控制温度。本驻温装置无需考虑电气间隙，满足小间隙的同时能够减小设备的总体尺寸，结构简单，易于加工。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims

1.一种用于毛细管电泳仪的驻温装置，其特征在于：包括加热底板和加热盖板，加热底板的上端设置有加热膜，加热膜电连接有电源、加热开关以及温度控制器，加热膜与电源、加热开关以及温度控制器串联；加热底板的上面覆盖有驻温板；加热盖板的底部设置有保温海绵；所述驻温板的上端面上设置有将毛细管进行限位的弹性的W扣，W扣下方两个尖端的左端固定在驻温板上，W扣下方两个尖端的右端为自由端；W扣的收缩部的内侧固定有限位板。

2.根据权利要求1所述的一种用于毛细管电泳仪的驻温装置，其特征在于：所述加热膜的材质为石墨烯材质。

3.根据权利要求1所述的一种用于毛细管电泳仪的驻温装置，其特征在于：所述驻温板的材质为氮化铝陶瓷。

4.根据权利要求1所述的一种用于毛细管电泳仪的驻温装置，其特征在于：所述驻温板与加热底板之间设有间隙，所述间隙中灌注有绝缘树脂。

5.根据权利要求1所述的一种用于毛细管电泳仪的驻温装置，其特征在于：所述加热底板与加热盖板通过合页连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于毛细管电泳仪的驻温装置，其特征在于：所述加热底板与加热盖板内均设有强力磁铁，当加热盖板盖在加热底板上时两个强力磁铁相互吸引。

7.根据权利要求1所述的一种用于毛细管电泳仪的驻温装置，其特征在于：所述加热盖板的上端面设置有拉手。

8.根据权利要求1所述的一种用于毛细管电泳仪的驻温装置，其特征在于：所述驻温板中设有一个以上的温度传感器，温度传感器与所述温度控制器电连接。

9.根据权利要求1所述的一种用于毛细管电泳仪的驻温装置，其特征在于：所述加热膜与驻温板镶嵌在加热底板内部。