CN112779151A - 一种便携式的荧光定量核酸扩增仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式的荧光定量核酸扩增仪，包括外壳、温度控制系统、光学检测系统、中央控制系统和电源。所述温度控制系统包括热盖、金属块、半导体制冷片、散热片、风扇、导热硅脂、温度传感器；所述光学检测系统包括光源、光纤、透镜、滤光片、荧光检测器；所述中央控制系统包括控制电路和数据处理器；所述电源包括电源适配器和锂电池。本发明采用Y型光纤代替传统的复杂的光学系统，大幅度减少了光能损失，缩减了仪器的体积，降低了仪器的整体成本；同时采用锂电池方式进行供电，可断电工作，满足户外快速检测需求。
Description
技术领域
本发明涉及核酸检测仪领域，尤其涉及一种便携式的荧光定量核酸扩增仪。
背景技术
目前主流的核酸检测技术为实时荧光定量PCR技术，由于其具有特异性强、灵敏度高的特点，因而被广泛应用于分子生物学检测及分析，但实时荧光定量PCR仪由于热循环的需要，要进行反复的升温降温过程，需要大概率、高耗能的器件，功耗非常高，且通常包括温控模块、热盖组件、荧光检测模块、控制电路板、主控计算机和电源等，仪器体积都比较庞大，不方便携带，从而限制了这一仪器在实验室之外的应用。
在现阶段的技术条件下，荧光定量PCR技术具有高灵敏度、高特异性以及快速的特点，是目前所采用的主流核酸检测手段之一，但目前市面上的荧光定量PCR仪器有如下不足：光学系统设计复杂，检测灵敏度偏低，成本较高；体积较大、便携性差且无法脱离电源使用，对于现场和应急造成不便；仪器软件操作复杂，操作人员实验操作步骤繁琐等，因此急需一种能兼顾荧光定量PCR设备的功能，同时具有便携性、体积小、操作简单、可断电使用的核酸检测仪器设备。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种便携式的荧光定量核酸扩增仪。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种便携式的荧光定量核酸扩增仪，包括外壳、温度控制系统、光学检测系统、中央控制系统和电源。
进一步地，所述外壳的上端设置有触控显示屏，触控显示屏与中央控制系统连接；所述外壳左、右两侧的下方位置均设置有散热窗，所述散热窗对称的设置在散热片左、右两侧的位置，通过散热窗与散热片的配合使用，加强了荧光定量核酸扩增仪的散热效果；所述外壳左、右两侧的上方位置均设置有把手，方便携带搬动；所述外壳的右侧设置有数据传输口，所述数据传输口为USB接口、RS232接口、WIFI；所述外壳的内部设置有锂电池；所述外壳的后面设置有电源插口和装置开关。
进一步地，所述温度控制系统包括热盖、金属块、半导体制冷片、散热片、风扇、导热硅脂、温度传感器。
优选地，所述热盖置于反应管顶部，温度保持在105℃，用于防止反应管中的试剂蒸发后凝结在反应管顶部。
优选地，所述金属块上开设有两排放置反应管的反应孔，每排反应孔的数量为八个，反应孔为倒锥形结构设置。
优选地，所述半导体制冷片设置在所述金属块的下方，通过改变半导体制冷片的电流方向，实现半导体制冷片加热和制冷的作用。
优选地，所述散热片设置在所述半导体制冷片的下方，与所述风扇一起可以及时将整个反应装置在工作时产生的热量进行及时的散发。
优选地，所述金属块与半导体制冷片之间、半导体制冷片与散热片之间均覆盖有导热硅脂，提高导热效率。
优选地，所述温度传感器设置在所述金属块和半导体制冷片上，通过温度传感器的设置，用于实时检测金属块和半导体制冷片的温度。
进一步地，所述光学检测系统包括光源、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第一滤光片、第二滤光片、入射光纤、出射光纤、荧光检测器。
优选地，所述光源为470nm的高亮蓝色LED光。
优选地，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜为聚焦透镜；通过第一透镜、第二透镜、第三透镜的设置，用于将光源发出的激发光转换成平行光。
优选地，所述第一滤光片、第二滤光片用于将经透镜聚焦后的激发光进行滤光以得到单色光，所述第一滤光片、第二滤光片为双色荧光滤光片（460-480nm，510-530nm），可得到470nm激发光波长和520nm检测光波长。
优选地，所述入射光纤与出射光纤均为石英光纤，且入射光纤与出射光纤呈Y型结构与反应管的底部相连。
优选地，所述荧光检测器为CCD成像传感器。
进一步地，所述中央控制系统包括控制电路和数据处理器。所述央控制系统与温度控制系统、光学检测系统、触控显示屏通过控制电路电性连接。数据处理器接收到温度传感器采集的温度信号并进行分析处理，将指令发送给控制电路，通过控制电路控制反应温度；同时数据处理器采集各个通道上CCD成像传感器检测到的荧光信号，然后对其进行分析处理得到各反应管的荧光强度并绘制出荧光扩增曲线。
进一步地，所述电源包括电源适配器和锂电池。
优选地，所述电源适配器为12V DC电源适配器，适用于100-240V交流电(50/60Hz)。
优选地，所述锂电池可提供12V电压，可断电工作，满足户外快速检测需求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采用Y型光纤代替传统的斜射式、透射式和共聚焦式等复杂的光学系统，能大幅度减少光能的损失，进而增强集光能力，同时提高光信号检测的准确度和可靠度，并且减少了透镜、反射镜、棱镜等光学元件的使用，不仅可以进一步减小了仪器体积，而且增强了仪器的稳定性；通过采用半导体制冷片和温度传感器，保证扩增反应过程中精确的温度控制与高效的温度转换，进而避免加热模块升降温过程中所消耗的时间；通过采用锂电池和交流电源两种方式进行供电，可以进行断电工作，进而满足户外快速检测需求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的便携式的荧光定量核酸扩增仪示意图；
图2为本发明的仪器后壳的透视示意图；
图3为本发明的温度控制系统结构示意图；
图4为本发明的光学检测系统结构示意图。
图中序号：1、外壳体；2、触控显示屏；3、把手；4、USB接口；5、RS232接口；6、装置开关；7、电源插口；8、锂电池；9、热盖；10、散热窗；11、金属块；111、反应孔；12、半导体制冷片；13、散热片；14、风扇；15、温度传感器；16、导热硅脂；17、光源；18、第一透镜；19、第一滤光片；20、第二透镜；21、入射光纤；22、出射光纤；23、反应管；24、第三透镜；25、第二滤光片；26、荧光检测器。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本实施例提供一种便携式的荧光定量核酸扩增仪，如图1所示，包括外壳体1、触控显示屏2、把手3、USB接口4、RS232接口5、热盖9、散热窗10。
如图2所示，仪器后壳设置有装置开关6、电源插口7，壳体内配备有锂电池8。
如图3所示，所述温度控制系统从上到下依次包括热盖9、金属块10、第一导热硅脂16、半导体制冷片12、第二导热硅脂16、散热片13和风扇14。所述温度控制系统与所述控制电路相连接，进而可以及时调整荧光定量核酸扩增仪在变性、复性和延伸等各个阶段的温度转换，加快升、降温。其中，所述热盖9置于反应管23的顶部，温度保持在105℃，用于防止反应管23中的试剂蒸发后凝结在反应管23顶部；所述金属块11上开设有两排放置反应管的反应孔111，每排反应孔111的数量为八个，反应孔111为倒锥形结构设置；所述半导体制冷片12设置在所述金属块11的下方，通过改变电流的方向起到加热和制冷的作用；所述散热片13设置在所述半导体制冷片12的下方位置，与所述风扇14一起可以及时将整个反应装置在工作时产生的热量进行及时的散发；所述金属块11与半导体制冷片12之间、半导体制冷片12与散热片13之间均覆盖有导热硅脂16，进而提高导热效率；所述温度传感器15设置在所述热盖9、金属块11和半导体制冷片12上，用于实时检测热盖9、金属块11和半导体制冷片12的温度。
如图4所示，所述光学检测系统包括光源17、第一透镜18、第一滤光片19、第二透镜20、入射光纤21、出射光纤22、反应管23、第三透镜24、第二滤光片25、荧光检测器26。光源17发出的激发光依次经过第一透镜18、第一滤光片19和第二透镜20进入入射光纤21，然后照射到反应管23中，激发出样品中的荧光，激发出的荧光由出射光纤22经过第三透镜24、第二滤光片25后，传输至荧光检测器26进行光电转换，将光信号转换为电信号传输至中央控制系统中的数据处理器。
本实施例所述的便携式的荧光定量核酸扩增仪的运行过程为：将电源插口7与外接电源连接，也可以直接使用锂电池8供电，然后通过装置开关6开启触控显示屏2；将装有反应试剂的反应管23放到反应孔111中，关上热盖9；通过触控显示屏2设置需要的反应参数如反应温度、反应时间、循环数等，然后启动荧光定量核酸扩增仪的检测程序；温度传感器15实时采集热盖9、金属块11和半导体制冷片12上的温度，并反馈给数据处理器，数据处理器经过数据处理后，将指令发送给控制电路，控制电路根据采集的温度传感器15的数据和核酸扩增过程所需的温度，自动控制半导体制冷片12的电流大小和方向及散热片13和风扇14的散热强度，实现对反应过程的升降温控制；反应管23内的样本进行核酸扩增后，光学检测模块对反应样本进行检测，通过CCD成像传感器26将光信号转换成电信号，反馈给数据处理器，然后分析处理后得到各反应管23的荧光强度并绘制出荧光扩增曲线，在触控显示屏2上显示出来，也可以通过数据传输口将分析结果导出。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种便携式的荧光定量核酸扩增仪，其特征在于：包括外壳、温度控制系统、光学检测系统、中央控制系统和电源；所述外壳包括外壳体（1）、触控显示屏（2）、把手（3）、USB接口（4）、RS232接口（5）、散热窗（10）；所述电源包括装置开关（6）、电源插口（7）、锂电池（8）、电源适配器；所述温度控制系统包括热盖（9）、金属块（11）、半导体制冷片（12）、散热片（13）、风扇（14）、温度传感器（15）、导热硅脂（16）；所述光学检测系统包括光源（17）、第一透镜（18）、第一滤光片（19）、第二透镜（20）、入射光纤（21）、出射光纤（22）、反应管（23）、第三透镜（24）、第二滤光片（25）、荧光检测器（26）；所述中央控制系统包括控制电路和数据处理器。
2.如权利要求1所述的一种便携式的荧光定量核酸扩增仪，其特征在于：所述外壳的上端设置有触控显示屏（2），触控显示屏（2）与中央控制系统连接；所述外壳左、右两侧的下方位置均设置有散热窗（10），所述散热窗（10）对称的设置在散热片（13）左、右两侧的位置；所述外壳左、右两侧的上方位置均设置有把手（3）；所述外壳的右侧设置有数据传输口，所述数据传输口为USB接口（4）、RS232接口（5）和WIFI连接；所述外壳的内部设置有锂电池（8）；所述外壳的后面设置有电源插口（7）和装置开关（6）。
3.如权利要求1所述的一种便携式的荧光定量核酸扩增仪，其特征在于：所述金属块（11）的内侧开设有两排用于放置反应管（23）的反应孔（111），每排反应孔（111）的数量为八个，反应孔（111）为倒锥形结构设置；所述半导体制冷片（12）设置于所述金属块（11）下方的位置；所述散热片（13）设置在所述半导体制冷片（12）下方的位置；所述金属块（11）与半导体制冷片（12）之间、半导体制冷片（12）与散热片（13）之间均覆盖有导热硅脂（16）；所述温度传感器（15）设置在金属块（11）和半导体制冷片（12）上。
4.如权利要求1所述的一种便携式的荧光定量核酸扩增仪，其特征在于：所述光源（17）为470nm的高亮蓝色LED光；所述第一透镜（18）、第二透镜（20）、第三透镜（24）均为聚焦透镜；所述第一滤光片（19）设置于第一透镜（18）与第二透镜（20）之间的位置，第二滤光片（25）设置于第三透镜（24）下方的位置；所述入射光纤（21）与出射光纤（22）均为石英光纤，且入射光纤（21）与出射光纤（22）呈Y型结构与反应管（23）的底部相连；所述荧光检测器（26）为CCD成像传感器。
5.如权利要求1所述的一种便携式的荧光定量核酸扩增仪，其特征在于：所述中央控制系统与温度控制系统、光学检测系统相连接。
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