CN110591911A - 一种光机电一体化全自动数字pcr装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种光机电一体化全自动数字PCR装置，为集成一体化PCR装置，包括液滴生成组件、温度循环组件、收集组件、激发光源组件、拍摄组件、控制器、PCR壳体及保温腔；所述液滴生成组件包括多个密闭容器、多个注射泵及多个连接管；所述控制器用于控制所述液滴生成组件、所述温度循环组件、所述拍摄组件及所述激发光源组件；所述液滴生成组件、所述温度循环组件、所述收集组件、所述激发光源组件、所述拍摄组件及所述控制器封装于所述PCR壳体中；所述温度循环组件设置于所述保温腔中；本申请提高了测量准确度，且将所述温度循环组件设置于所述保温腔中，扩展了所述光机电一体化全自动数字PCR装置的使用场景。
Description
技术领域
本申请涉及生命科学领域，特别是涉及一种光机电一体化全自动数字PCR装置。
背景技术
聚合酶链反应(PCR)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA复制，PCR的最大特点是能将微量的DNA大幅增加，随着科技的发展，PCR技术越来越多地被运用到考古、刑侦及其他生物科学技术领域。
现有的数字PCR仪的液滴生成、PCR扩增、荧光检测三个步骤多由三台独立的仪器完成，样本在三台设备间的转移需要人工进行操作，且人工操作的水平会很大程度影响测量结果，液滴生成器主要由气压泵构成，为液滴生成提供动力，通过液滴生成芯片生成油包水液滴；PCR扩增装置通过TEC(半导体制冷器)来实现升降温温度循环，其需配合外围的电源、控制电路、散热器等，整体设备体积较大，且对外界环境温度的要求高，一旦温度低于20摄氏度就很难工作，不能适应野外工作等环境。
因此，找到一种人工介入操作少，且能适应多种环境、适用面广的PCR装置，是本领域技术人员亟待解决的问题。
申请内容
本申请的目的是提供一种光机电一体化全自动数字PCR装置，以解决现有技术中光机电一体化全自动数字PCR装置体积大，使用场景窄且自动化程度低的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供一种光机电一体化全自动数字PCR装置，所述光机电一体化全自动数字PCR装置为集成一体化PCR装置，包括液滴生成组件、温度循环组件、收集组件、激发光源组件、拍摄组件、控制器、PCR壳体及保温腔；
所述液滴生成组件包括多个密闭容器、多个注射泵及多个连接管，多个所述连接管的一端与所述密闭容器一一对应，另一端汇合连通；所述注射泵用于对所述密闭容器加压；
所述反应试剂的液滴通过所述连接管进入所述温度循环组件的循环导管，并从所述循环导管导出至所述收集组件；
所述控制器用于控制所述液滴生成组件、所述温度循环组件、所述拍摄组件及所述激发光源组件；
所述液滴生成组件、所述温度循环组件、所述收集组件、所述激发光源组件、所述拍摄组件及所述控制器封装于所述PCR壳体中；
所述温度循环组件设置于所述保温腔中；
所述激发光源组件用于对所述温度循环组件中循环的液滴进行激发，所述拍摄组件用于获取在所述温度循环组件中循环的液滴的发光图像。
可选地，在所述光机电一体化全自动数字PCR装置中，所述保温腔为泡沫塑料保温腔或隔热棉保温腔。
可选地，在所述光机电一体化全自动数字PCR装置中，所述保温腔的保温层的厚度的范围为0.3厘米至20厘米，包括端点值。
可选地，在所述光机电一体化全自动数字PCR装置中，所述光机电一体化全自动数字PCR装置还包括蓄电池，所述蓄电池设置于所述PCR壳体内部。
可选地，在所述光机电一体化全自动数字PCR装置中，所述光机电一体化全自动数字PCR装置还包括太阳能电池组件，所述太阳能电池组件用于对所述蓄电池充电。
可选地，在所述光机电一体化全自动数字PCR装置中，所述注射泵为机械注射泵或蠕动注射泵或气压注射泵中至少一种。
可选地，在所述光机电一体化全自动数字PCR装置中，所述激发光源组件为LED光源组件或激光光源组件。
可选地，在所述光机电一体化全自动数字PCR装置中，所述循环导管为特氟龙导管。
可选地，在所述光机电一体化全自动数字PCR装置中，所述拍摄组件的成像检测器为CMOS相机或CCD相机或PMT相机中至少一种。
可选地，在所述光机电一体化全自动数字PCR装置中，所述光机电一体化全自动数字PCR装置为高通量PCR装置。
本申请所提供的光机电一体化全自动数字PCR装置，所述光机电一体化全自动数字PCR装置为集成一体化PCR装置，包括液滴生成组件、温度循环组件、收集组件、激发光源组件、拍摄组件、控制器、PCR壳体及保温腔；所述液滴生成组件包括多个密闭容器、多个注射泵及多个连接管，多个所述连接管的一端与所述密闭容器一一对应，另一端汇合连通；所述注射泵用于对所述密闭容器加压；所述反应试剂的液滴通过所述连接管进入所述温度循环组件的循环导管，并从所述循环导管导出至所述收集组件；所述控制器用于控制所述液滴生成组件、所述温度循环组件、所述拍摄组件及所述激发光源组件；所述液滴生成组件、所述温度循环组件、所述收集组件、所述激发光源组件、所述拍摄组件及所述控制器封装于所述PCR壳体中；所述温度循环组件设置于所述保温腔中。本申请通过将所述现有技术中PCR过程中的组件全部整合至同一壳体内，并由所述控制器对各组件进行操控，省去了现有技术中需要人工操作的步骤，避免了操作中的人为误差，提高了测量准确度，此外，本申请提供的光机电一体化全自动数字PCR装置将所述温度循环组件设置于所述保温腔中，使所述温度循环组件经过加热器适当加热后即可得到适宜反应进行的温度，避免了外界环境对反应的干扰，可以在野外考察时携带使用大大扩展了所述光机电一体化全自动数字PCR装置的使用场景。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请提供的光机电一体化全自动数字PCR装置的一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本申请提供的光机电一体化全自动数字PCR装置的还一种具体实施方式的结构示意图；
图3为本申请提供的光机电一体化全自动数字PCR装置的另一种具体实施方式的自动化控制逻辑图；
图4为本申请提供的光机电一体化全自动数字PCR装置的又一种具体实施方式的高通量PCR装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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例，都属于本申请保护的范围。
本申请的核心是提供一种光机电一体化全自动数字PCR装置，其一种具体实施方式的结构示意图如图1所示，称其为具体实施方式一，所述光机电一体化全自动数字PCR装置为集成一体化PCR装置，包括液滴生成组件100、温度循环组件200、收集组件300、激发光源组件400、拍摄组件500、控制器600、PCR壳体700及保温腔800；
所述液滴生成组件100包括多个密闭容器110、多个注射泵120及多个连接管130，多个所述连接管130的一端与所述密闭容器110一一对应，另一端汇合连通；所述注射泵120用于对所述密闭容器110加压；
所述反应试剂的液滴通过所述连接管130进入所述温度循环组件200的循环导管210，并从所述循环导管210导出至所述收集组件300；
所述控制器600用于控制所述液滴生成组件100、所述温度循环组件200、所述拍摄组件500及所述激发光源组件400；
所述液滴生成组件100、所述温度循环组件200、所述收集组件300、所述激发光源组件400、所述拍摄组件500及所述控制器600封装于所述PCR壳体700中；
所述温度循环组件200设置于所述保温腔800中；
所述激发光源组件400用于对所述温度循环组件200中循环的液滴进行激发，所述拍摄组件500用于获取在所述温度循环组件200中循环的液滴的发光图像。
特别的，所述注射泵120为机械注射泵120或蠕动注射泵120或气压注射泵120中至少一种。
另外，所述激发光源组件400为LED光源组件或激光光源组件。
更进一步地，所述循环导管210为特氟龙导管，当然，也可以为其他材质的导管。
作为一种具体实施方式，所述拍摄组件500的成像检测器为CMOS相机或CCD相机或PMT相机中至少一种。
如图3，图3为本申请提供的光机电一体化全自动数字PCR装置的一种具体实施方式的自动化控制逻辑图，其中所述控制器600未画出，图中温控器及PCR热循环装置合并后为本申请中的温度循环组件200，图中“电脑”不属于本申请提供的连续流动式PCR的结构，为本申请中拍摄组件500拍摄图片后的后端图像处理设备。
需要注意的是，所述光机电一体化全自动数字PCR装置为高通量PCR装置，以解决连续流动式数字PCR通量低的弊端。图示请见图4，图4为一种高通量PCR装置的结构示意图，高通量形成的原理在于，液滴产生装置，通过管道极小的Y形或T形管道在易挥发性添加表面活性系的氟化油中产生体积较小的液滴，通过在尺寸较大的铁氟龙微管道中流动或者硅胶等各种材质的微芯片中流动，因为PCR管道突然变粗，会造成流动过程之中液滴在管道的前端产生聚集现象以及流速减慢；而在液滴形成部位会以非常高速的速度形成高通量的液滴，最终导致管道之中慢速流动的液滴达到温度循环时间要求。
本申请所提供的光机电一体化全自动数字PCR装置，所述光机电一体化全自动数字PCR装置为集成一体化PCR装置，包括液滴生成组件100、温度循环组件200、收集组件300、激发光源组件400、拍摄组件500、控制器600、PCR壳体700及保温腔800；所述液滴生成组件100包括多个密闭容器110、多个注射泵120及多个连接管130，多个所述连接管130的一端与所述密闭容器110一一对应，另一端汇合连通；所述注射泵120用于对所述密闭容器110加压；所述反应试剂的液滴通过所述连接管130进入所述温度循环组件200的循环导管210，并从所述循环导管210导出至所述收集组件300；所述控制器600用于控制所述液滴生成组件100、所述温度循环组件200、所述拍摄组件500及所述激发光源组件400；所述液滴生成组件100、所述温度循环组件200、所述收集组件300、所述激发光源组件400、所述拍摄组件500及所述控制器600封装于所述PCR壳体700中；所述温度循环组件200设置于所述保温腔800中。本申请通过将所述现有技术中PCR过程中的组件全部整合至同一壳体内，并由所述控制器600对各组件进行操控，省去了现有技术中需要人工操作的步骤，避免了操作中的人为误差，提高了测量准确度，实现了装置的一体化，此外，本申请提供的光机电一体化全自动数字PCR装置将所述温度循环组件200设置于所述保温腔800中，使所述温度循环组件200经过加热器适当加热后即可得到适宜反应进行的温度，避免了外界环境对反应的干扰，可以在野外考察时携带使用大大扩展了所述光机电一体化全自动数字PCR装置的使用场景。
在具体实施方式一的基础上，进一步对所述连续流动式PCR做改良，得到具体实施方式二，其结构示意图如图2所示，所述光机电一体化全自动数字PCR装置为集成一体化PCR装置，包括液滴生成组件100、温度循环组件200、收集组件300、激发光源组件400、拍摄组件500、控制器600、PCR壳体700及保温腔800；
所述液滴生成组件100包括多个密闭容器110、多个注射泵120及多个连接管130，多个所述连接管130的一端与所述密闭容器110一一对应，另一端汇合连通；所述注射泵120用于对所述密闭容器110加压；
所述反应试剂的液滴通过所述连接管130进入所述温度循环组件200的循环导管210，并从所述循环导管210导出至所述收集组件300；
所述控制器600用于控制所述液滴生成组件100、所述温度循环组件200、所述拍摄组件500及所述激发光源组件400；
所述液滴生成组件100、所述温度循环组件200、所述收集组件300、所述激发光源组件400、所述拍摄组件500及所述控制器600封装于所述PCR壳体700中；
所述温度循环组件200设置于所述保温腔800中；
所述激发光源组件400用于对所述温度循环组件200中循环的液滴进行激发，所述拍摄组件500用于获取在所述温度循环组件200中循环的液滴的发光图像；
所述光机电一体化全自动数字PCR装置还包括蓄电池900，所述蓄电池900设置于所述PCR壳体700内部。
本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式中为所述光机电一体化全自动数字PCR装置增设了蓄电池900，其余结构均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。
本具体实施方式为所述光机电一体化全自动数字PCR装置增设蓄电池900，可使所述光机电一体化全自动数字PCR装置摆脱室内的应用场景，在更多不具备固定电源的地方使用，如野外作业时使用；更进一步地，所述光机电一体化全自动数字PCR装置还包括太阳能电池组件，所述太阳能电池组件用于对所述蓄电池900充电，进而增强所述连续流动式PCR装饰在无固定电源的场景下的使用时长。
在具体实施方式二的基础上，进一步对所述保温腔800做限定，得到具体实施方式三，其结构示意图与上述具体实施方式相同，所述光机电一体化全自动数字PCR装置为集成一体化PCR装置，包括液滴生成组件100、温度循环组件200、收集组件300、激发光源组件400、拍摄组件500、控制器600、PCR壳体700及保温腔800；
所述液滴生成组件100包括多个密闭容器110、多个注射泵120及多个连接管130，多个所述连接管130的一端与所述密闭容器110一一对应，另一端汇合连通；所述注射泵120用于对所述密闭容器110加压；
所述反应试剂的液滴通过所述连接管130进入所述温度循环组件200的循环导管210，并从所述循环导管210导出至所述收集组件300；
所述控制器600用于控制所述液滴生成组件100、所述温度循环组件200、所述拍摄组件500及所述激发光源组件400；
所述液滴生成组件100、所述温度循环组件200、所述收集组件300、所述激发光源组件400、所述拍摄组件500及所述控制器600封装于所述PCR壳体700中；
所述温度循环组件200设置于所述保温腔800中；
所述激发光源组件400用于对所述温度循环组件200中循环的液滴进行激发，所述拍摄组件500用于获取在所述温度循环组件200中循环的液滴的发光图像；
所述光机电一体化全自动数字PCR装置还包括蓄电池900，所述蓄电池900设置于所述PCR壳体700内部；
所述保温腔800为泡沫塑料保温腔800或隔热棉保温腔800；
所述保温腔800的保温层的厚度的范围为0.3厘米至20.0厘米，包括端点值，如0.30厘米、6.32厘米或20.00厘米中任一个。
本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式中限定了所述保温腔800的材质及其保温层的厚度，其余结构均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。
泡沫塑料及隔热棉质量轻便，可塑性强，制作所述保温腔800的工艺流程简单，此外其隔热性能好，同时能起到一定的缓冲作用，降低所述光机电一体化全自动数字PCR装置受外部冲击损坏的可能性，适合作为本身请提供的光机电一体化全自动数字PCR装置的隔热材料。本具体实施方式中的参数，为通过理论计算与实际操作得出的理想范围，当然，也可根据实际情况作相应调整。
下面附上一种所述拍摄组件500的数据分析软件的软件处理过程如下：
(1)双帧分析灰度差异来获取视频中动态液滴区域离散点(当前帧-上一帧灰度值>0)，去除静态管道反射光及杂质反射光。(当前帧-上一帧灰度值<＝0)。
(2)使用OPENCV的图像处理技术:
(2.1)使用开操作消除液滴图像中离散的噪点，以及聚集密集的液滴离散点。
(2.2)使用获取轮廓方法提取液滴轮廓及其质心位置。
(3)通过液滴轮廓区域获取液滴平均亮度。
(4)设置液滴计数区域，当液滴轮廓质心进入起始界线时，则开始获取该液滴的亮度，以及当前管道液滴数加1。
(5)EXCEL以及相关的统计图输出。
(6)统计处理的可视化。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的光机电一体化全自动数字PCR装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种光机电一体化全自动数字PCR装置，其特征在于，所述光机电一体化全自动数字PCR装置为集成一体化PCR装置，包括液滴生成组件、温度循环组件、收集组件、激发光源组件、拍摄组件、控制器、PCR壳体及保温腔；
所述液滴生成组件包括多个密闭容器、多个注射泵及多个连接管，多个所述连接管的一端与所述密闭容器一一对应，另一端汇合连通；所述注射泵用于对所述密闭容器加压；
所述反应试剂的液滴通过所述连接管进入所述温度循环组件的循环导管，并从所述循环导管导出至所述收集组件；
所述控制器用于控制所述液滴生成组件、所述温度循环组件、所述拍摄组件及所述激发光源组件；
所述液滴生成组件、所述温度循环组件、所述收集组件、所述激发光源组件、所述拍摄组件及所述控制器封装于所述PCR壳体中；
所述温度循环组件设置于所述保温腔中；
所述激发光源组件用于对所述温度循环组件中循环的液滴进行激发，所述拍摄组件用于获取在所述温度循环组件中循环的液滴的发光图像。
2.如权利要求1所述的光机电一体化全自动数字PCR装置，其特征在于，所述保温腔为泡沫塑料保温腔或隔热棉保温腔。
3.如权利要求2所述的光机电一体化全自动数字PCR装置，其特征在于，所述保温腔的保温层的厚度的范围为0.3厘米至20厘米，包括端点值。
4.如权利要求1所述的光机电一体化全自动数字PCR装置，其特征在于，所述光机电一体化全自动数字PCR装置还包括蓄电池，所述蓄电池设置于所述PCR壳体内部。
5.如权利要求4所述的光机电一体化全自动数字PCR装置，其特征在于，所述光机电一体化全自动数字PCR装置还包括太阳能电池组件，所述太阳能电池组件用于对所述蓄电池充电。
6.如权利要求1所述的光机电一体化全自动数字PCR装置，其特征在于，所述注射泵为机械注射泵或蠕动注射泵或气压注射泵中至少一种。
7.如权利要求1所述的光机电一体化全自动数字PCR装置，其特征在于，所述激发光源组件为LED光源组件或激光光源组件。
8.如权利要求1所述的光机电一体化全自动数字PCR装置，其特征在于，所述循环导管为特氟龙导管。
9.如权利要求1所述的光机电一体化全自动数字PCR装置，其特征在于，所述拍摄组件的成像检测器为CMOS相机或CCD相机或PMT相机中至少一种。
10.如权利要求1至9任一项所述的光机电一体化全自动数字PCR装置，其特征在于，所述光机电一体化全自动数字PCR装置为高通量PCR装置。
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