CN111871477A - 聚合酶链式反应用恒温装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚合酶链式反应用恒温装置及其控制方法，应用在实验室设备领域，装置包括：装置外壳；顶盖，用于与所述装置外壳配合安装，所述装置外壳和所述顶盖均由隔热材料构成；加热部件，设置在所述装置外壳的内壁；储能液晶部件，可拆卸地与所述加热部件配合安装，所述储能部件与加热部件在配合安装时形成密闭腔体；温度传感器，安装在所述储能液晶部件上；PID处理器，分别与所述温度传感器和加热部件连接。本方案可以提升装置的恒温能力，并且在进行不同实验时只需要更换储能液晶部件即可。
Description
技术领域
本发明涉及实验室设备，尤其是一种聚合酶链式反应用恒温装置及其控制方法。
背景技术
PCR(聚合酶链式反应)技术是现在医疗诊断的核心技术，其通过对少量的核算分子进行扩增，从而实现微量检测。目前，市场上流行的PCR生物仪包括三温、双温和单温扩增方法。单温PCR(即恒温PCR)主要包括有环介导等温扩增技术，链替代等温扩增技术、滚环等温扩增技术、依赖解旋酶等温扩增技术、依赖核酸序列等温扩增技术、单引物等温扩增技术和核算快速等温检测放大技术。其中，恒温控制是PCR扩增的关键，温控系统的动态响应速度和温控精度影响着PCR扩增的好坏。
现有的PCR生物仪的温控系统主要依靠电偶或电热片进行，利用温度变化形成的电压或者电流值变化作为反馈信号，通过PID算法，输出PWM信号，控制加热片及风冷系统工作，实现恒温控制。然而，由于电加热和风冷具有响应时间长的特点，使得PCR扩增温度的控制动态响应较差，温控精度较低。
发明内容
为解决上述技术问题的至少之一，本发明的目的在于：提供一种聚合酶链式反应用恒温装置及其控制方法，以增加控制精度。
第一方面，本发明实施例提供了：
一种聚合酶链式反应用恒温装置，包括：
装置外壳；
顶盖，用于与所述装置外壳配合安装，所述装置外壳和所述顶盖均由隔热材料构成；
加热部件，设置在所述装置外壳的内壁；
储能液晶部件，可拆卸地与所述加热部件配合安装，所述储能部件与加热部件在配合安装时形成密闭腔体；
温度传感器，安装在所述储能液晶部件上；
PID处理器，分别与所述温度传感器和加热部件连接；
输入装置，用于获取恒温温度；
所述PID处理器根据所述输入装置获取的恒温温度和所述温度传感器控制所述加热部件进行加热。
进一步，所述加热部件设置在所述装置外壳的四个内侧壁和底部。
进一步，所述加热部件位于所述加热部件的内侧壁的部分设置有夹层，所述储能液晶部件被夹装在所述夹层中。
进一步，所述温度传感器贴装在所述储能液晶部件位于所述密闭腔体外的一面。
进一步，所述储能液晶部件为缺少一面的空心长方体。
进一步，所述装置还包括散热风扇，所述顶盖和所述储能液晶部件之间设有风道，所述散热风扇向所述风道抽风或者送风。
进一步，所述散热风扇安装在顶盖或者装置外壳上。
进一步，所述装置外壳和所述顶盖中的至少之一设置有用于安装导线的通孔，或者所述装置外壳和所述顶盖配合安装时形成用于安装导线的通孔。
第二方面，本发明实施例提供了：
一种聚合酶链式反应用恒温装置的控制方法，包括以下步骤：
获取恒温温度；
将所述恒温温度配置为控制目标；
根据所述控制目标和所述温度传感器的输出信号表征的温度，控制所述加热部件进行加热。
进一步，还包括以下步骤：
获取恒温时间；
当恒温时间结束，则控制所述加热部件停止加热；
并控制散热风扇启动，直至所述温度传感器的输出信号表征的温度小于阈值。
本发明实施例的有益效果是：设置有储能液晶部件，该部件与加热部件配合安装时形成一密闭腔体，储能液晶具有恒温特性，在环境温度高于温变温度时吸收热量，环境温度低于温变温度时释放能量，因此，利用储能液晶部件和加热部件相配合可以自适应地调节腔体内的温度，增加恒温的准确性，同时储能液晶部件和加热部件可拆卸地配合安装，在需要不同的恒温温度时，只需要更换储能液晶部件即可，此外，本方案结合PID算法进行恒温控制，与储能液晶部件相互补充可以实现准确的恒温。
附图说明
图1为根据本发明实施例提供的一种聚合酶链式反应用恒温装置的剖面图；
图2为根据本发明实施例提供的一种聚合酶链式反应用恒温装置的结构示意图；
图3为根据本发明实施例提供的一种聚合酶链式反应用恒温装置的模块框图；
图4为根据本发明实施例提供的一种聚合酶链式反应用恒温装置的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。
参照图1和图2，一种聚合酶链式反应用恒温装置，包括：
装置外壳100；
顶盖200，用于与所述装置外壳100配合安装，所述装置外壳100和所述顶盖200均由隔热材料构成；
加热部件300，设置在所述装置外壳100的内壁；
储能液晶部件400，可拆卸地与所述加热部件300配合安装，所述储能液晶部件400与加热部件300在配合安装时形成密闭腔体；其中，实验样品700放置在密闭腔体内。采用该结构的好处在于在需要改变恒温温度时，可以直接更换不同温变温度的储能液晶部件，无需复杂的更换步骤。
温度传感器500，安装在所述储能液晶部件400上；
PID处理器，参照图3，PID处理器分别与所述温度传感器500和加热部件300连接。
输入装置，用于获取恒温温度。在本实施例中，输入装置可以是诸如按钮、触摸屏等输入组件，其亦可以是可以读取存储介质的设备，例如，SD卡的读取器等等。
其中，所述PID处理器根据所述输入装置获取的恒温温度和所述温度传感器控制所述加热部件进行加热。
需要理解的是，在本实施例中，装置外壳100可以看作是一个缺少一面的空心长方体，顶盖200可以与装置外壳配合安装，形成一个腔体。装置外壳100的内壁(包括四个侧壁和底部)设置有加热部件300，加热部件300可以由一个或者多个加热组件构成，加热部件可以是导热体和电热丝的组合。
储能液晶可以是液晶材料、纳米金和聚二甲基硅氧烷(PDMS)组成的液晶，也可以是液晶材料、聚二甲基硅氧烷和纳米金属颗粒/石墨烯组成的液晶。根据材料比例的不同，可以生成不同的温变温度的储能液晶。例如，液晶材料：纳米金：聚二甲基硅氧烷为15：0.7：84.3的质量比时，其温变温度为60℃。
参照图1，在一些实施例中，所述加热部件设置在所述装置外壳的四个内侧壁和底部。
在本实施例中，为了加热的均匀性更好，将加热部件设置在装置外壳的四个内侧壁和底部，在该实施例中，加热部件相当于一个容器。其可以与储能液晶组件配合安装形成密闭腔体。将实验样品置于其中可以进行恒温加热。
参照图1和图2，在一些实施例中，所述加热部件300位于所述加热部件300的内侧壁的部分设置有夹层600，所述储能液晶部件400被夹装在所述夹层600中。
该夹层600可以理解成设置在加热部件300的侧面的安装槽，将储能液晶部件400插入夹层600和加热部件300形成密闭空间，该结构利用了储能液晶部件400作为“盖子”，不仅拆装简单，而且储能液晶部件400插入到夹层600，可以有效地控制密闭腔室四周的温度，将其维持在储能液晶的温变温度。
参照图1，在一些实施例中，所述温度传感器500贴装在所述储能液晶部件400位于所述密闭腔体外的一面。
本实施例中，将温度传感器设置在密闭腔室外，可以避免在储能液晶组件上打孔，减少工艺复杂度，同时保证恒温环境的密闭性，以便于温度控制。
在一些实施例中，所述储能液晶部件为缺少一面的空心长方体。
在本实施例中，将储能液晶部件设计成一个空盒状，可以深度地插入到加热部件的四周，这样便于恒温控制。
在一些实施例中，所述装置还包括散热风扇，所述顶盖和所述储能液晶部件之间设有风道，所述散热风扇向所述风道抽风或者送风。
在该实施例中，该风道就是顶盖和储能液晶部件之间的空隙。在另一些实施例中，风道是由一定的风道结构形成的，可以根据散热需要设计不同结构的散热风道。
在一些实施例中，所述散热风扇安装在顶盖或者装置外壳上。
散热风扇主要在实验结束后用于降温，因此其可以安装在装置外壳或者顶盖上。主要通过吹风或者抽风的方式来对装置进行冷却。
在一些实施例中，所述装置外壳和所述顶盖中的至少之一设置有用于安装导线的通孔，或者所述装置外壳和所述顶盖配合安装时形成用于安装导线的通孔。
可以直接通过对装置外壳或者顶盖进行打孔来作为安装加热装置和温度传感器的线孔，本方案的PID处理器是外置的。在另一些实施例中，也可以将PID处理器安装在装置外壳上，通过装置外壳的内部走线。
参照图4，本实施例公开了一种聚合酶链式反应用恒温装置的控制方法，聚合酶链式反应用恒温装置如图1至3所示，包括：
装置外壳100；
顶盖200，用于与所述装置外壳100配合安装，所述装置外壳100和所述顶盖200均由隔热材料构成；
加热部件300，设置在所述装置外壳100的内壁；
储能液晶部件400，可拆卸地与所述加热部件300配合安装，所述储能液晶部件400与加热部件300在配合安装时形成密闭腔体；其中，实验样品700放置在密闭腔体内。
温度传感器500，安装在所述储能液晶部件400上；
PID处理器，参照图3，PID处理器分别与所述温度传感器500和加热部件300连接。
输入装置，用于获取恒温温度。
其中，所述PID处理器根据所述输入装置获取的恒温温度和所述温度传感器控制所述加热部件进行加热。
应用在PID处理器中，其中需要理解的是，PID处理器的可以是单个处理器，也可以是多个处理器组成的，该控制方法包括以下步骤：
步骤410、获取恒温温度。
在本步骤中，从输入装置中获取用户配置的恒温问题，例如，用户在更换温变温度在60摄氏度的储能液晶部件，则可以通过输入装置配置恒温温度为60摄氏度。
步骤420、将所述恒温温度配置为控制目标。
PID处理器将恒温温度作为PID算法的控制目标，然后执行PID算法。
步骤430、根据所述控制目标和所述温度传感器的输出信号表征的温度，控制所述加热部件进行加热。
在本实施例中，温度传感器所输出的信号表征的温度作为PID算法的反馈量，配合PID算法和储能液晶部件的温度特性，可以实现准确的恒温。
参照图4，在一些实施例中，还包括以下步骤：
步骤440、获取恒温时间。
在本实施例中，输入装置也用于获取用户配置的恒温时间。恒温时间可以是从启动到结束的时间，也可以是达到恒温温度后所维持的时间。
步骤450、当恒温时间结束，则控制所述加热部件停止加热。
本实施例根据步骤440的恒温时间来确定何时停止加热。
步骤460、控制散热风扇启动，直至所述温度传感器的输出信号表征的温度小于阈值。
在恒温结束后，会开始启动散热风扇进行散热，从而使得装置密闭腔室内的温度恢复预设温度之下。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本申请可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种聚合酶链式反应用恒温装置，其特征在于，包括：
装置外壳；
顶盖，用于与所述装置外壳配合安装，所述装置外壳和所述顶盖均由隔热材料构成；
加热部件，设置在所述装置外壳的内壁；
储能液晶部件，可拆卸地与所述加热部件配合安装，所述储能部件与加热部件在配合安装时形成密闭腔体；
温度传感器，安装在所述储能液晶部件上；
PID处理器，分别与所述温度传感器和加热部件连接；
输入装置，用于获取恒温温度；
其中，所述PID处理器根据所述输入装置获取的恒温温度和所述温度传感器控制所述加热部件进行加热。
2.根据权利要求1所述的一种聚合酶链式反应用恒温装置，其特征在于，所述加热部件设置在所述装置外壳的四个内侧壁和底部。
3.根据权利要求1所述的一种聚合酶链式反应用恒温装置，其特征在于，所述加热部件位于所述加热部件的内侧壁的部分设置有夹层，所述储能液晶部件被夹装在所述夹层中。
4.根据权利要求1所述的一种聚合酶链式反应用恒温装置，其特征在于，所述温度传感器贴装在所述储能液晶部件位于所述密闭腔体外的一面。
5.根据权利要求1所述的一种聚合酶链式反应用恒温装置，其特征在于，所述储能液晶部件为缺少一面的空心长方体。
6.根据权利要求1所述的一种聚合酶链式反应用恒温装置，其特征在于，所述装置还包括散热风扇，所述顶盖和所述储能液晶部件之间设有风道，所述散热风扇向所述风道抽风或者送风。
7.根据权利要求6所述的一种聚合酶链式反应用恒温装置，其特征在于，所述散热风扇安装在顶盖或者装置外壳上。
8.根据权利要求1所述的一种聚合酶链式反应用恒温装置，其特征在于，所述装置外壳和所述顶盖中的至少之一设置有用于安装导线的通孔，或者所述装置外壳和所述顶盖配合安装时形成用于安装导线的通孔。
9.一种如权利要求1所述的聚合酶链式反应用恒温装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取恒温温度；
将所述恒温温度配置为控制目标；
根据所述控制目标和所述温度传感器的输出信号表征的温度，控制所述加热部件进行加热。
10.根据权利要求9所述的聚合酶链式反应用恒温装置的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
获取恒温时间；
当恒温时间结束，则控制所述加热部件停止加热；
控制散热风扇启动，直至所述温度传感器的输出信号表征的温度小于阈值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: No. 1307, Guangzhou Avenue middle, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong 510500 Patentee after: Institute of health medicine, Guangdong Academy of Sciences Address before: No. 1307, Guangzhou Avenue middle, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong 510500 Patentee before: GUANGDONG INSTITUTE OF MEDICAL INSTRUMENTS |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231124 Address after: No.10, shiliugang Road, Haizhu District, Guangzhou City, Guangdong Province 510000 Patentee after: Institute of biological and medical engineering, Guangdong Academy of Sciences Address before: No. 1307, Guangzhou Avenue middle, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong 510500 Patentee before: Institute of health medicine, Guangdong Academy of Sciences |
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| TR01 | Transfer of patent right |