CN110699249A - 一种核酸扩增仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核酸扩增仪，包括拍摄组件；所述拍摄组件包括镜头和相机，所述镜头位于相机正下方，用于核酸扩增后的拍摄，还包括芯片夹具、芯片位置调整台、双级温控模块、荧光模块；所述镜头与所述芯片夹具之间设置有荧光模块，所述芯片夹具下方设置有双级温控模块，所述双级温控模块下方设置有芯片位置调整台；所述荧光模块包括激发光源组件、旋转滤光片轮，所述旋转滤光片轮的左侧设置有激发光源组件；该发明针对六种以上不同的荧光进行激发，大大的提升了检测通量，并且能够作为模块集成至数字化核酸扩增设备上从而在一台设备上完成所有数字化核酸扩增检测的功能。

Description

一种核酸扩增仪

技术领域

本发明属于核酸扩增技术领域，尤其涉及一种核酸扩增仪。

背景技术

数字PCR(Digital PCR-dPCR)技术是一种新的核酸检测和定量方法，与传统定量PCR(qPCR)技术不同，数字PCR采用绝对定量的方式，不依赖于标准曲线和参照样本，直接检测目标序列的拷贝数。由于这种检测方式具有比传统qPCR更加出色的灵敏度和特异性、精确性，dPCR迅速得到广泛的应用，这项技术在极微量核酸样本检测、复杂背景下稀有突变检测和表达量微小差异鉴定方面变现出的优势已被普遍认可，而其在基因表达研究、microRNA研究、基因组拷贝数鉴定、癌症标志物稀有突变检测、致病微生物鉴定、转基因成分鉴定、NGS测序文库精确定量和结果验证等诸多方面具有的广阔应用前景已经受到越来越多的关注。

而目前市场上的数字化PCR设备及检测方式都为分体式，无论是芯片式数字化PCR设备还是微滴式数字化设备都需要几个分别的设备进行不同步骤操作才能完成最后的检测。这是目前该类核酸检测设备的最大缺点，因为分步分机器操作复杂、耗时长，极易造成在操作过程中的失误而引起最后结果的不准确。

而且目前的数字化核酸扩增仪最多能够检测四种荧光信号，检测通量低，限制了数字化核酸扩增仪的应用场景。并且目前市面上的数字化核酸扩增商业产品都将光学系统作为一个单独检测设备进行应用，无法将所有功能集成至一台设备，极大的增加了操作的复杂性。

专利文献CN106047684A公开了一种数字化核酸扩增仪，包括机箱，其中，所述机箱的内部设有温度控制器和风机模块，所述风机模块包括热电冷却器；所述热电冷却器设于所述机箱的一侧，所述温度控制器紧邻所述热电冷却器设于所述机箱的另一侧，所述温度控制器与所述热电冷却器电气连接，用于实时控制所述热电冷却器的温度；所述热电冷却器采用前进后出或后进前出的推拉式结构设置于机箱内部。

专利文献CN106047685B公开了一种荧光定量PCR仪，包括可旋转地连接在机箱上的热盖，机箱内设有扫描装置、荧光定量装置，机箱至少一个侧面上设有通风结构；机箱的表面上还设有连接荧光定量装置的可编程程序控制器控制装置、显示装置和温度设定装置；从荧光定位装置竖直向上方向上的机箱和热盖上分别设有进料通道，进料通道的顶部位置处设有隔热密封盖；进料通道内设有升降托盘，升降托盘上设有若干插孔；升降托盘在进料通道内升降，从而放置或取出样品试管。

上述第一个专利为数字化核酸扩增仪，但是其并不能针对不同的荧光进行同时激发，而且并不是模块化设计；不能根据实际需要进行调整；而第二个专利并不是数字化核酸扩增仪，其为传统的核酸扩增仪，不具有数字化核酸扩增仪的优点。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种核酸扩增仪，该核酸扩增仪包括荧光模块，且针对六种不同的荧光进行激发，大大的提升了检测通量，并且能够作为模块集成至数字化核酸扩增设备上从而在一台设备上完成所有数字化核酸扩增检测的功能。

本发明提供了一种核酸扩增仪，包括拍摄组件；所述拍摄组件包括镜头和相机，所述镜头位于相机正下方，用于核酸扩增后的拍摄，其特征在于，还包括芯片夹具、芯片位置调整台、双级温控模块和荧光模块；所述荧光模块位于所述镜头与所述芯片夹具之间，所述双级温控模块位于所述芯片夹具的下方，所述芯片位置调整台位于所述双级温控模块的下方；

所述荧光模块包括激发光源组件、旋转滤光片轮，所述激发光源组件设置在所述旋转滤光片轮的左侧，所述激发光源组件包括光源、镜片，所述光源用于发射出可见光用来激发荧光探针，所述镜片用于将入射光从散射光变为平行光；所述旋转滤光片轮包括滤光片组件转盘，转盘动力装置，所述转盘动力装置设置于滤光片组件转盘下方，驱动滤光片组件转盘转动，所述滤光片组件转盘上均匀设置有多个滤光片组件，所述滤光片组件包括第一滤光片安装件、第二滤光片安装件、二向色镜，所述二向色镜设置在所述第一滤光片安装件和所述第二滤光片安装件之间；所述第一滤光片安装件和第二滤光片安装件上分别安装有第一滤光片和第二滤光片。

优选地，所述滤光片组件为分体式的长方体结构，滤光片组件沿长方体结构的其中一个侧面的对角线分为第一滤光片安装件和第二滤光片安装件。

优选地，所述长方体结构的相邻且垂直的两面分别设置有第一圆形凹槽、第二圆形凹槽，所述第一圆形凹槽位于第一滤光片安装件上，所述第二圆形凹槽位于第二滤光片安装件上，所述第一滤光片安装在第一圆形凹槽内，所述第二滤光片安装在第二圆形凹槽内。

优选地，所述第一滤光片安装件和第二滤光片安装件均为底面为直角三角形的三棱柱结构，所述第一滤光片安装件的三棱柱结构面积最大的侧面和第二滤光片安装件的三棱柱结构面积最大的侧面合在一起形成一个安装槽，所述安装槽内安装有二向色镜。

优选地，所述第一滤光片安装件和第二滤光片安装件通过调整螺钉固定，所述调整螺钉位于第一滤光片安装件和第二滤光片安装件的三棱柱结构面积最大的侧面的两端。

优选地，所述双级温控模块包括第一加热制冷芯片、第二加热制冷芯片，所述第一加热制冷芯片用于为芯片升温，所述第二加热制冷芯片用于为芯片降温。

优选地，所述滤光片组件的数量为大于等于6个。

优选地，所述转盘动力装置为伺服电机。

优选地，所述芯片夹具包括两个基座、安装板，所述基座内侧设置有凹槽，所述安装板的两端分别安装在凹槽内，所述安装板上开设有凹陷区域，所述凹陷区域用于放置芯片，所述凹陷区域的深度小于安装板的厚度。

优选地，所述芯片位置调整台包括基板、气缸、气缸活塞杆、气缸滑轨、电机、同步带；所述基板下方设置有气缸活塞杆，所述气缸活塞杆下方设置有气缸，所述气缸带动气缸活塞杆竖直运动；所述气缸滑动设置在气缸滑轨上，所述气缸滑轨两侧上设置有同步轮，所述同步带与同步轮连接，所述电机带动同步带水平运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明根据核酸扩增仪为一体式设备，能够完成从核酸加样至反应芯片后的从核酸扩增到最后检测的全部过程，一体式设备能够减少核酸扩增到检测的操作步骤，降低由于操作步骤过多引起的操作过程复杂、反应步骤多、反应时间长、减少人为操作引起的误差等；

(2)本发明提供的双级温控模块包括第一加热制冷芯片、第二加热制冷芯片，所述第一加热制冷芯片用于为芯片升温，所述第二加热制冷芯片用于为芯片降温，使得双级温控模块能够大幅度提升核酸扩增的反应速率从而降低反应时间，提高反应的效率。

(3)本发明提供芯片位置调整台采用电机带动同步带滑动，从而使得同步带带动气缸在滑轨上滑动，使得芯片位置调整台作水平运动，同时气缸带动气缸活塞杆进行竖直运动，使得芯片位置调整台带动芯片夹具进行水平竖直运动，从而调整芯片的位置，使得相机能够准确采集到芯片的反应过程。

(4)本发明提供的旋转滤光片轮可以通过转盘动力装置带动滤光片组件转盘进行全自动旋转，其中，滤光片组件转盘上面负载有六个荧光通道的滤光片组件用于检测不同荧光；另外，本发明提供的滤光片组件为分体式，安装拆卸方便，便于更换。

附图说明

图1为本发明提供的核酸扩增仪的结构示意图；

图2为本发明提供的旋转滤光片轮结构示意图；

图3为本发明提供的光源和旋转滤光片轮剖视图；

图4为本发明提供的滤光片组件结构示意图；

图5为本发明提供的滤光片组件的结构剖视图；

图6为本发明提供的滤光片组件立体结构示意图；

图7为本发明提供的滤光片组件侧视图；

图8为本发明提供的滤光片组件的俯视图；

图9为本发明提供的芯片夹具的剖视图；

图10为本发明提供的芯片调整平台的剖视示意图。

附图标记表示：

1、相机；2、镜头；3、光源；4、旋转滤光片轮；41、滤光片组件转盘；42、转盘动力装置；43、滤光片组件；431、第一滤光片安装件；4311、第一圆形凹槽；432、二向色镜；433、第二滤光片安装件；4331、第二圆形凹槽；434、调整螺钉；5、芯片夹具；51、基座；52、凹槽、53、安装板；54、芯片；6、双极控温模块；7、芯片位置调整台；71、基板、72、气缸活塞杆；73、气缸；74、气缸滑轨；75、同步带；76、同步轮；77、电机。

具体实施方式

下面结合附图针对本发明作进一步实例描述：

如图1-8所示，图1为本发明提供的核酸扩增仪的结构示意图；图2为本发明提供的旋转滤光片轮结构示意图；图3为本发明提供的光源和旋转滤光片轮剖视图；图4为本发明提供的滤光片组件结构示意图；图5为本发明提供的滤光片组件的结构剖视图；图6为本发明提供的滤光片组件立体结构示意图；图7为本发明提供的滤光片组件侧视图；图8为本发明提供的滤光片组件的俯视图；

本发明提供了一种核酸扩增仪，包括拍摄组件；所述拍摄组件包括镜头2和相机1，所述镜头2位于相机1正下方，用于核酸扩增后的拍摄，本发明提供的相机1采用400万像素高速CCD相机用于进行最后结果的检测。本发明提供的相机1为可拆卸式，因此相机1可进行变更，可根据检测芯片所需要的像素进行调整。本发明提供的核酸扩增仪还包括芯片夹具5、芯片位置调整台7、双级温控模块6、荧光模块；所述荧光模块位于所述镜头2与所述芯片夹具5之间，所述双级温控模块6位于所述芯片夹具5下方，所述双级温控模块位于芯片位置调整台76下方；

其中，本发明提供的荧光模块包括激发光源组件、旋转滤光片轮4，所述旋转滤光片轮4的左侧设置有激发光源组件，所述激发光源组件包括光源3、镜片，所述光源3用于发射出可见光用来激发荧光探针，其中，本发明提供的光源为大功率LED发射光源，所述镜片用于将入射光从散射光变为平行光；

其中，本发明提供的旋转滤光片轮包括滤光片组件转盘41、转盘动力装置42，所述转盘动力装置42设置于滤光片组件转盘41下方，驱动滤光片组件转盘41转动，本发明提供的旋转滤光片轮4可根据检测荧光信号的不同使用转盘动力装置42控制相应的滤光片组件43到达指定的位置，与提供的光源相对，其中，本发明提供的所述转盘动力装置为伺服电机。所述滤光片组件转盘上均匀设置有多个滤光片组件43，所述滤光片组件43包括第一滤光片安装件431、第二滤光片安装件433、二向色镜432，所述第一滤光片安装件431和第二滤光片安装件433之间设置有二向色镜432；所述第一滤光片安装件431和第二滤光片安装件433上分别安装有第一滤光片和第二滤光片，其中第一滤光片与第二滤光片所发射的光成直角；

其中，本发明提供的滤光片组件43能够形成半透半反的效果，能够将特定波长的荧光反射并过滤其余波长的荧光。其中，本发明提供的光源为LED激发光源，LED激发光源发射出全波段激发光源从而保证了所有荧光信号的激发。

其中，本发明提供的滤光片组件43为分体式的长方体结构，该滤光片组件可以拆卸；沿长方体结构的其中一个侧面的对角线将滤光片组件43分割为第一滤光片安装件431和第二滤光片安装件433。

作为优选实施例，本发明提供的第一滤光片安装件431和第二滤光片安装件433均为底面为直角三角形的三棱柱结构，所述第一滤光片安装件431的三棱柱结构面积最大的侧面和第二滤光片安装件433的三棱柱结构面积最大的侧面合在一起形成一个安装槽，所述安装槽内安装有二向色镜432；

作为优选实施例，本发明提供的第一滤光片安装件431和第二滤光片安装件433通过调整螺钉434固定，调整螺钉434位于第一滤光片安装件和第二滤光片安装件的三棱柱结构面积最大的侧面的两端。即，本发明提供的第一滤光片安装件和第二滤光片安装件为可拆卸式，方便安装更换，而且第一滤光片安装件和第二滤光片安装件合在一起形成滤光片组件，且使得滤光片组件体积结构较小，能够较多的安装在滤光片组件转盘；且能使第一滤光片和第二滤光片呈90°。

其中，本发明提供的长方体结构的相邻两边分别设置有第一圆形凹槽4311、第二圆形凹槽4331，所述第一圆形凹槽4311位于第一滤光片安装件431上，所述第二圆形凹槽4331位于第二滤光片安装件433上，所述第一滤光片安装在第一圆形凹槽4311内，所述第二滤光片安装在第二圆形凹槽4331内。因此，本发明提供的第一滤光片与第二滤光片发出的光为直角；

作为优选实施例，本发明提供的双级温控模块6包括第一加热制冷芯片、第二加热制冷芯片，所述第一加热制冷芯片用于为芯片升温，所述第二加热制冷芯片用于为芯片降温。

作为优选实施例，本发明提供的滤光片组件43大于等于6个，极大的提升了目的核酸检测的通量。作为更优选实施例，本发明提供的滤光片组件为6个(6个滤光片组件分别为FAM、VTEX、CY3、CY5、CY5.5和HEX六种不同的荧光基团进行检测)，提供了六个荧光通道，但是滤光片组件可根据实际需求增加或者减少滤光片的数量；

如图9所示，图9为本发明提供的芯片夹具的剖视图；作为优选实施例，本发明提供的芯片夹具5包括两个基座51、安装板53，所述基座51内侧设置有凹槽52，所述安装板53的两端分别安装在凹槽52内，所述安装板53设置于上开设有凹陷区域，所述凹陷区域用于放置芯片54，所述凹陷区域的厚度小于安装板的厚度。作为更优选实施例，本发明中的芯片54与凹槽52之间还设置有弹性件，所述弹性件可以避免芯片54与凹槽之间的硬质接触，从而压碎芯片54；

如图10所示，图10为本发明提供的芯片调整平台的剖视示意图。作为优选实施例，本发明提供的芯片位置调整台7包括基板71、气缸73、气缸活塞杆72、气缸滑轨74、电机77、同步带75；所述基板71下方设置有气缸活塞杆72，所述气缸活塞杆72下方设置有气缸73，所述气缸73带动气缸活塞杆72竖直运动；所述气缸73滑动设置在气缸滑轨74上，所述气缸滑轨74两侧上设置有同步轮76，所述同步带75与同步轮76连接，所述电机77带动同步带75水平运动。其中，本发明的芯片夹具5位于基板71的上方，其中，电机77带动同步带75滑动，从而使得同步带75带动气缸73在气缸滑轨74上滑动，使得基板71作水平运动，从而基板71带动芯片夹具5作水平运动，同时气缸73带动气缸活塞杆72进行竖直运动，使得基板71带动芯片夹具5进行水平竖直运动，从而调整芯片54的位置，使得相机1能够准确采集到芯片54的反应过程；

本发明提供的核酸扩增仪的操作过程：

1、根据检测核酸目的片段和荧光基团通过软件预设扩增反应条件和检测通道。

2、置入已经预混好核酸模板和反应液的芯片，运行反应程序。

3、运行反应程序后，通过软件控制在指定扩增反应的不同阶段打开激发光源电源发射出全波段光源。

4、根据检测荧光信号不同使用转盘动力装置控制相应滤光片组件到达指定位置；

5、将所需激发波长光反射至反应芯片后激发相应荧光基团发光，然后通过对应滤光片将荧光信号通过信号采集装置进行采集。

6、通过分析软件将收集到的信号进行解读，然后获得结果。

以上所述仅为本发明的实施例子，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种核酸扩增仪，包括拍摄组件；所述拍摄组件包括镜头和相机，所述镜头位于相机正下方，用于核酸扩增后的拍摄，其特征在于，还包括芯片夹具、芯片位置调整台、双级温控模块和荧光模块；所述荧光模块位于所述镜头与所述芯片夹具之间，所述双级温控模块位于所述芯片夹具的下方，所述芯片位置调整台位于所述双级温控模块的下方；

所述荧光模块包括激发光源组件、旋转滤光片轮，所述激发光源组件设置在所述旋转滤光片轮的左侧，所述激发光源组件包括光源、镜片，所述光源用于发射出可见光用来激发荧光探针，所述镜片用于将入射光从散射光变为平行光；所述旋转滤光片轮包括滤光片组件转盘，转盘动力装置，所述转盘动力装置设置于滤光片组件转盘下方，驱动滤光片组件转盘转动，所述滤光片组件转盘上均匀设置有多个滤光片组件，所述滤光片组件包括第一滤光片安装件、第二滤光片安装件、二向色镜，所述第一滤光片安装件和第二滤光片安装件上分别安装有第一滤光片和第二滤光片，所述二向色镜设置在所述第一滤光片安装件和所述第二滤光片安装件之间。

2.一种根据权利要求1所述的核酸扩增仪，其特征在于，所述滤光片组件为分体式的长方体结构，滤光片组件沿长方体结构的其中一个侧面的对角线分为第一滤光片安装件和第二滤光片安装件。

3.一种根据权利要求2所述的核酸扩增仪，其特征在于，所述长方体结构的相邻且垂直的两面分别设置有第一圆形凹槽、第二圆形凹槽，所述第一圆形凹槽位于第一滤光片安装件上，所述第二圆形凹槽位于第二滤光片安装件上，所述第一滤光片安装在第一圆形凹槽内，所述第二滤光片安装在第二圆形凹槽内。

4.一种根据权利要求2所述的核酸扩增仪，其特征在于，所述第一滤光片安装件和第二滤光片安装件均为底面为直角三角形的三棱柱结构，所述第一滤光片安装件的三棱柱结构面积最大的侧面和第二滤光片安装件的三棱柱结构面积最大的侧面合在一起形成一个安装槽，所述安装槽内安装有二向色镜。

5.一种根据权利要求4所述的核酸扩增仪，其特征在于，所述第一滤光片安装件和第二滤光片安装件通过调整螺钉固定，所述调整螺钉位于第一滤光片安装件和第二滤光片安装件的三棱柱结构面积最大的侧面的两端。

6.一种根据权利要求1所述的核酸扩增仪，其特征在于，所述双级温控模块包括第一加热制冷芯片、第二加热制冷芯片，所述第一加热制冷芯片用于为芯片升温，所述第二加热制冷芯片用于为芯片降温。

7.一种根据权利要求1所述的核酸扩增仪，其特征在于，所述滤光片组件的数量为大于等于6个。

8.一种根据权利要求1所述的核酸扩增仪，其特征在于，所述转盘动力装置为伺服电机。

9.一种根据权利要求1所述的核酸扩增仪，其特征在于，所述芯片夹具包括两个基座、安装板，所述基座内侧设置有凹槽，所述安装板的两端分别安装在凹槽内，所述安装板上开设有凹陷区域，所述凹陷区域用于放置芯片，所述凹陷区域的深度小于安装板的厚度。

10.一种根据权利要求1所述的核酸扩增仪，其特征在于，所述芯片位置调整台包括基板、气缸、气缸活塞杆、气缸滑轨、电机、同步带；所述基板下方设置有气缸活塞杆，所述气缸活塞杆下方设置有气缸，所述气缸带动气缸活塞杆竖直运动；所述气缸滑动设置在气缸滑轨上，所述气缸滑轨两侧上设置有同步轮，所述同步带与同步轮连接，所述电机带动同步带水平运动。

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