CN113174326A - 基于pcr的纯化扩增反应中的控制装置 - Google Patents

基于pcr的纯化扩增反应中的控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，该方法包括扩增仓内包含待扩增反应物、冻干球和记忆金属；当所述待扩增反应物进入所述扩增仓内时，记录所述记忆金属在第一温度和第二温度下的第一长度和第二长度；建立第一扰动函数T1(t1i，L1i，Q1i)和第二扰动函数T2(t2i，L2i,Q2i)，其中t1i，t2i分别表示第i周期内的第一温度和第二温度，L1i，L2i分别表示第i周期内的对应的记忆金属的长度；Q1i,Q2i分别表示第i周期内的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度。通过在扩增仓内设置记忆金属，使得相关的化学反应在扰动的作用下更为均匀，反应更为充分。

Description

基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置
技术领域
本发明涉及核酸检测领域，尤其涉及一种基于PCR扩增仓的温度控制控制方法。
背景技术
在基因芯片检测过程中，温度控制在PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)扩增过程的决定性因素，是决定着是否能够看到荧光信号的关键技术所在。
温控通常包括三个阶段的温度控制，分别为高温(92℃-96℃)、中温(69℃-73℃)和低温(52℃-56℃)。在一个完整的PCR扩增过程中，基因芯片会在高温阶段变性，然后在低温阶段退火，最后在中温阶段延伸，完成上述三个阶段就完成了一次PCR扩增。一般需要多个上述过程才可以达到预定的荧光检测标准。
扩增过程是在扩增仓内完成的，扩增仓设置在管路层内，管路层是待检测芯片的一部分。PCR是利用DNA在体外摄氏95°高温时变性会变成单链，低温(经常是60℃左右)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(72℃左右)，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链，进而完成PCR扩增。
通常为了监测扩增反应的实时温度，需要设置温度传感器及温控装置，利用温控装置对扩增仓的核酸进行温度控制，并且利用温度传感器实时检测扩增仓的实时温度，并根据实时温度调整所述温控装置，以使PCR扩增的各个阶段保持在相应的温度范围内。但是现有的温度监测方法对于温度控制以及调整并不能够十分灵敏，会对PCR反应产生一定的影响，从而影响最后的荧光检测的结果。
发明内容
为此，本发明提供一种基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，根据记忆金属的形状记忆属性以及其在形变过程中对扩增仓内形成的扰动，实现对扩增反应周期内的温度控制及所述待扩增反应物与所述冻干球的混合程度的修正。
为实现上述目的，本发明提供一种基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，包括：扩增仓，所述扩增仓内设置有待扩增反应物、冻干球和记忆金属，所述待扩增仓内的待扩增反应物由设置在管路层内的纯化仓引入；所述纯化仓的下方设置有超声单元和磁吸单元，所述扩增仓的下方设置有温控单元；所述超声单元、所述磁吸单元和所述温控单元分别与中控单元连接，所述中控单元用以控制所述超声单元的实时振动频率F，所述磁吸单元的实时位置L以及所述温控单元的实时温度T，所述中控单元内还设置有标准反应矩阵R0(F0，L0，T0),其中F0表示所述超声单元的标准振动频率，L0表示所述磁吸单元的标准位置，T0表示所述温控单元的标准温度；所述中控单元根据所述标准反应矩阵R0(F0，L0，T0)控制所述超声单元、所述磁吸单元和所述温控单元；所述中控单元内还设置有时间矩阵t(t1，t2，t3)，其中t1表示超声单元的振动时间，t2表示当所述超声单元停止振动后启动所述磁吸单元的时间间隔，t3表示所述磁吸单元停止工作后启动所述温控单元的时间间隔；在反应过程中，若所述超声单元的实时振动频率F低于所述超声单元的标准振动频率F0，则增加所述超声单元的振动时间t11，更新所述中控单元内的时间矩阵t1(t11，t2，t3),所述超声单元的振动时间t11＝t1(1+F/F0)；若所述超声单元的实时振动频率高于或等于所述超声单元的标准振动频率F0，则维持所述超声单元的振动时间t1，维持所述中控单元内的时间矩阵t(t1，t2，t3)；当所述待扩增反应物进入所述扩增仓内时，记录所述记忆金属在第一温度和第二温度下的第一长度和第二长度；所述中控单元建立第一扰动函数T1(t1i，L1i，Q1i)和第二扰动函数T2(t2i，L2i,Q2i)，其中，t1i表示第i周期内的第一温度，t2i表示第i周期内的第二温度，L1i表示第i周期内在第一温度下对应的记忆金属的第一长度，L2i表示第i周期内在所述第二温度下的对应的记忆金属的第二长度；Q1i表示第i周期内在第一温度下所述待扩增反应物与所述冻干球的第一混合度,Q2i表示第i周期内在所述第二温度下所述待扩增反应物与所述冻干球的第二混合度；所述中控单元比较所述第一扰动函数和所述第二扰动函数，得到第一比较函数T12(t1i-t2i，L1i-L2i，Q1i-Q2i)；设定第一比较标准函数T120，若所述第一比较函数的各个参量均在所述第一比较标准函数T120范围内，则继续后续扩增反应，否则调整所述对应温度下的长度参量；在多个反应周期内，所述中控单元根据所述记忆金属的第一长度和第二长度调整所述当前的反应温度，以使所述待扩增反应物在预设的温度下进行，获取符合要求的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度。
进一步地，分别比较相邻周期内的第一扰动函数T1(t1i+1，L1i+1，Q1i+1)-T1(t1i，L1i，Q1i)，得到第一扰动函数差值；比较相邻周期内的第二扰动函数T2(t2i+1，L2i+1，Q2i+1)-T2(t2i，L2i，Q2i)，得到第二扰动函数差值；建立第一扰动标准差值和第二扰动标准差值，若所述第一扰动函数差值与所述第一扰动标准差值符合，若所述第二扰动函数差值与所述第二扰动标准差值符合，则继续周期扩增反应，否则调整所述对应温度下的记忆金属的长度参量。
进一步地，当前时间节点内的所述扩增仓内的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度与第一个周期内的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度进行比较；若所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度没有增加，则混合充分。
进一步地，比较当前时间节点内的最后一个周期内的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度与倒数第二个周期内的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度进行比较；若所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度没有增加，则结束搅动混合充分，若混合度增加，则继续搅动。
进一步地，建立混合度矩阵(Q1i,Q2i),其中，Q1i,Q2i分别表示第i周期内的第一混合度和第二混合度；
比较相邻周期内的混合度矩阵，得到混合度差值，若所述混合度差值为0，则混合充分。
进一步地，其特征在于，所述记忆金属的原始长度为半环形的环形长度。
进一步地，所述第一温度为起始温度，所述第二温度为形变温度。
进一步地，每个周期内的扰动系数X＝|L1i-L2i|/L1i，预设每个周期的标准扰动系数，若X大于所述标准扰动系数X0，则调节第一温度、第二温度和第三温度，以使所述扰动系数趋于所述标准扰动系数。
进一步地，比较相邻周期内的扰动系数的差值，若所述差值大于0.1×X0，则调节对应周期内的所述荧光强度在扩增反应结果中的影响系数。
进一步地，比较任意两个周期内的扰动差值，若所述差值大于0.09×X0，则调节对应周期内的所述荧光强度在扩增反应结果中的影响系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，在实际扩增反应过程中设置多个反应周期的,以使扩增反应更为充分，而利用记忆金属在不同温度下产生的形变可以对扩增仓内的反应所述待扩增反应物与所述冻干球的进行扰动，使得相关的化学反应在扰动的作用下更为均匀，反应更为充分。
尤其，本发明实施例通过在扩增仓内设置记忆金属，并且通过三个扰动函数，建立在不同的温度下，记忆金属的长度以及荧光强度在反应中的变化，并建立三者之间的关系函数，通过比较任两个扰动函数之间的差值关系，并建立在各个反应阶段的比较标准函数，确定对应的扰动函数的差值关系是否在比较标准函数的范围内，若在，则表示整个反应周期内的反应活动正常，继续后续的扩增反应，若是超出比较标准函数的范围，则表示在反应的三个阶段内出现了温度、记忆金属长度或是混合度不在正常的范围内的现象，该周期内的数据需要进行修正。
尤其，通过判断荧光强度的大小，判定是否终止扩增反应实验，在有效的时间内进行扩增反应，当扩增反应结束时也可以及时结束实验，或是在等待时间内，换了其他实验人员的话，也可以随时验证扩增反应的进度。
尤其，若每个周期内的扰动系数过大，则在扩增仓内形成的扰动较大，会破坏扩增仓内的待扩增反应物，影响最后扩增反应的荧光强度，因此需要对各个阶段的反应温度进行调节，以使记忆金属的形变量减小，因此需要保证扰动系数趋于所述标准扰动系数。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置所应用的结构示意图；
图2为图1中I处的放大结构第一种使用状态示意图；
图3为图1中I处的放大结构第二种使用状态示意图；
图4为图1中I处的放大结构第三种使用状态示意图；
图5为本发明实施例中的芯片装置的结构示意图；
图6为本发明实施例中的芯片装置的爆炸结构示意图；
图7为本发明实施例中的加压结构的结构示意图；
图8为本发明实施例中的管路层的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，本发明实施例提供的基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置是应用在扩增反应过程中的，本领域技术人员可以理解的是，当样品经过提取，纯化之后，将待进行扩增的待扩增物置于扩增仓内，即将进行扩增反应。如图1-图4所示，在管路层101上设置的扩增仓27内设置有记忆金属100。扩增仓27内包含有待扩增反应物和冻干球，在扩增反应即将开始时，待扩增反应物由管路内进入扩增仓，扩增仓内设置有冻干球，所述待扩增反应物需要和冻干球进行充分混合后，进行后续的反应。在扩增反应过程中，记录记忆金属100在第一温度和第二温度下的第一长度和第二长度；建立第一扰动函数T1(t1i，L1i，Q1i)和第二扰动函数T2(t2i，L2i,Q2i)，其中t1i，t2i分别表示第i周期内的第一温度和第二温度，L1i，L2i分别表示第i周期内的对应的记忆金属的长度；Q1i,Q2i分别表示第i周期内的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度；依次比较所述第一扰动函数和所述第二扰动函数，得到第一比较函数T12(t1i-t2i，L1i-L2i，Q1i-Q2i)；设定第一比较标准函数T120，若所述第一比较函数的各个参量均在所述第一比较标准函数T120范围内，则继续扩增反应，否则调整所述对应温度下的长度参量。在多个反应周期内，根据所述记忆金属的第一长度和第二长度调整所述当前的反应温度，以使所述待扩增反应物在预设的温度下进行，获取符合要求的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度。
具体而言，如图2所示，记忆金属的原始长度为半环形的环形长度，在形变过程中出现如图3和图4中的形状，其环形长度有变化，整体形状也有些许变化，记忆金属的变化可以加强扩增仓内的扰动，使得冻干球与待扩增反应物之间混合的更为充分。更进一步地，进入扩增仓之后就要对扩增仓进行升温，该过程是温度不断上升的过程的，而随着温度的升高，记忆金属也是缓慢形变的，直到达到形变温度，结束形变。由于不同的反应阶段所需要的反应物质需要的酶的活性温度都是不同的，因此在变形时，将所述待扩增反应物与所述冻干球混合的更为充分均匀。通过温度的控制可以有效提高扩增反应仓内的混合程度，以使得在各个阶段内的温度条件适宜。
具体而言,在高温环境下,模板DNA解离形成模板DNA单链；在低温环境下,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；在中温环境下,DNA模板-引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链,荧光染料可以预先嵌入在模板DNA内,如此完成一个反应周期,本领域技术人员可以理解的是,在实际扩增反应过程中可以设置多个反应周期的,以使扩增反应更为充分，而本发明实施例中所有的形变搅动均在进行扩增反应之初进行的，利用记忆金属在温度变化过程中产生的形变可以对扩增仓内的所述待扩增反应物与所述冻干球进行扰动，使得相关的化学反应在扰动的作用下更为均匀，反应更为充分。
具体而言，建立第一扰动函数T1(t1i，L1i，Q1i)和第二扰动函数T2(t2i，L2i,Q2i)，其中t1i，t2i分别表示第i周期内的第一温度和第二温度，L1i，L2i分别表示第i周期内的对应的记忆金属的长度；Q1i,Q2i分别表示第i周期内在第一温度下和第二温度下的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度；所述第一温度为起始温度；所述第二温度为变形温度；依次比较所述第一扰动函数和所述第二扰动函数，得到第一比较函数T12(t1i-t2i，L1i-L2i，Q1i-Q2i)；设定第一比较标准函数T120，若所述第一比较函数的各个参量均在所述第一比较标准函数T120范围内，则继续扩增反应，否则调整所述对应温度下的长度参量。本发明实施例通过在扩增仓内设置记忆金属，并且通过两个扰动函数，建立在不同的温度下，记忆金属的长度以及荧光强度在反应中的变化，并建立两者之间的关系函数，通过比较两个扰动函数之间的差值关系，并建立在各个反应阶段的比较标准函数，确定对应的扰动函数的差值关系是否在比较标准函数的范围内，若在，则表示整个反应周期内的反应活动正常，继续后续的扩增反应，若是超出比较标准函数的范围，则表示在反应的两个阶段内出现了温度、记忆金属长度或是所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度不在正常的范围内的现象，该周期内的数据需要进行修正。
具体而言，记忆金属在特定的温度下可以呈现不同的长度，且记忆金属特有的记忆属性，可以记住特定的温度，在特定的温度下呈现特定的长度和形状，因此可以利用记忆金属在扩增反应中各个温度下的长度变化对扩增仓内形成一定的扰动，且通过记忆金属的扰动使得扩增仓内的待扩增反应物的反应更为充分，对应的图像采集装置得到的荧光强度在扰动作用下，更为充分，以使对应的荧光强度满足标准。具体而言，在起始温度到形变温度的时间内，可以对该段时间进行周期划分，用以对各个周期内的形变量、温度等参数进行记录，以根据上述数据判定混合的程度，进而得到混合度，在本发明实施例中，本领域技术人员可以理解的是，获取混合度的方式有多种，可以根据冻干球的质量来定义混合度，还可以根据反应酶的质量，混合度的定义方式有多种，在此不一一列举。
具体而言，所述待扩增仓内的待扩增反应物由设置在管路层内的纯化仓引入；
所述纯化仓的下方设置有超声单元和磁吸单元，所述扩增仓的下方设置有温控单元；
所述超声单元、所述磁吸单元和所述温控单元分别与中控单元连接，所述中控单元用以控制所述超声单元的实时振动频率F，所述磁吸单元的实时位置L以及所述温控单元的实时温度T，所述中控单元内还设置有标准反应矩阵R0(F0，L0，T0),其中F0表示所述超声单元的标准振动频率，L0表示所述磁吸单元的标准位置，T0表示所述温控单元的标准温度；
所述中控单元根据所述标准反应矩阵R0(F0，L0，T0)控制所述超声单元、所述磁吸单元和所述温控单元；
所述中控单元内还设置有时间矩阵t(t1，t2，t3)，其中t1表示超声单元的振动时间，t2表示当所述超声单元停止振动后启动所述磁吸单元的时间间隔，t3表示所述磁吸单元停止工作后启动所述温控单元的时间间隔；
在反应过程中，若所述超声单元的实时振动频率F低于所述超声单元的标准振动频率F0，则增加所述超声单元的振动时间t11，更新所述中控单元内的时间矩阵t1(t11，t2，t3),所述超声单元的振动时间t11＝t1(1+F/F0)；
若所述超声单元的实时振动频率高于或等于所述超声单元的标准振动频率F0，则维持所述超声单元的振动时间t1，维持所述中控单元内的时间矩阵t(t1，t2，t3)。
具体而言,本发明实施例提供的基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置,通过在中控单元内设置有标准反应矩阵R0(F0，L0，T0)和时间矩阵t(t1，t2，t3),其中F0表示所述超声单元的标准振动频率，L0表示所述磁吸单元的标准位置，T0表示所述温控单元的标准温度,t1表示超声单元的振动时间，t2表示当所述超声单元停止振动后启动所述磁吸单元的时间间隔，t3表示所述磁吸单元停止工作后启动所述温控单元的时间间隔,根据超声单元的实时频率控制所述超声单元的振动时间,若超声单元的实时频率F低于超声单元的标准振动频率F0,则增加所述超声单元的振动时间t11,超声单元的振动时间t11＝t1(1+F/F0),通过比较超声单元的实时振动频率和标准振动频率，并根据比较结果调整超声单元的振动时间，使得在进行反应过程中纯化仓内的磁珠和核酸物质进行充分的接触吸附，吸附效果更好。
具体而言，中控单元可以设置在主板上，还可以设置在其他位置，只要可以实现与超声单元、磁吸单元与温控单元的连接即可，便于更具中控单元内的数据的实时变化改变所述超声单元的振动时间，以及所述磁吸单元和所述温控单元的启动时间，节约实验时间，提高实验效率。
在反应过程中，中控单元控制超声单元的振动频率，并根据实时振动频率与标准振动频率的关系去调整超声单元的振动时间，若是增加了所述超声单元的振动时间，则在超声单元停止振动后启动磁吸单元的时间间隔可以缩短，由于在超声振动过程中，磁珠和核酸物质的吸附效果比较好，则在启动磁吸单元，吸住所述扩增仓的磁珠时，可以更快的启动磁吸单元，利用磁吸单元的磁铁吸附住扩增仓的磁珠，以进行清洗过程，节约反应时间，具体的，启动所述磁吸单元的时间间隔可以变更为t21＝t2(1-F/F0)，对应的所述温控单元的时间间隔也可以适应性缩短为t31＝t3(1-F/F0)。
本发明实施例提供的基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，通过超声单元的振动频率的变化改变超声单元的振动时间，并根据超声单元的振动时间，进一步控制磁吸单元和温控单元启动的时间间隔，从而加快实验进度，大大缩短实验所需时间，提高实验效率。
具体而言，在实际的扩增反应过程中，每一个扩增反应至少包括一个反应周期，一个反应周期包括高温变形、低温退火和中温延伸的完整过程，在高温阶段内，比较相邻周期内的第一扰动函数T1(t1i+1，L1i+1，Q1i+1)-T1(t1i，L1i，Q1i)，得到第一扰动函数差值；比较相邻周期内的第二扰动函数T2(t2i+1，L2i+1，Q2i+1)-T2(t2i，L2i，Q2i)，得到第二扰动函数差值；建立第一扰动标准差值和第二扰动标准差值，若所述第一扰动函数差值与所述第一扰动标准差值符合，若所述第二扰动函数差值与所述第二扰动标准差值符合，则继续周期扩增反应，否则调整所述对应温度下的记忆金属的长度参量。本发明实施例提供基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置通过比较相邻周期内的第一扰动函数，得到相应的第一扰动函数差值；比较相邻周期内的第二扰动函数，得到相应的第二扰动函数差值，并将第一扰动函数差值和第二扰动函数差值分别与第一扰动标准差值和第二扰动标准差值进行比较，若相应的第一扰动函数差值在第一扰动标准差值范围内，第二扰动函数差值在第二扰动标准差值范围内，则继续下一周期的扩增反应，否则调整对应温度下的记忆金属的长度参量。
具体而言，比较当前时间节点内的所述扩增仓内的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度与第一个周期内的所述扩增仓内的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度；若所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度没有增加，则混合充分，继续进行扩增反应。在实际的实验操作过程中，扩增反应中，顺次反应周期内的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度应该是不断递增的，通过判断所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度是否继续增加，以判定相应的所述待扩增反应物与所述冻干球是否混合均匀，便于进行后续相应的扩增反应。
具体而言，在单一周期内，随着温度的升高，记忆金属是会随着时间的推移而进行形变的，且在形变过程中，记忆金属会对所述待扩增反应物与所述冻干球进行搅动，使得混合均匀，但是当形变结束后，就结束搅动，因此在实际应用中，在每个周期内均存在一个搅动周期，在该搅动周期内，起始时间开始，到记忆金属形变完成之后结束。在起始时刻，记忆金属并未形变，无搅动发生，而随着时间的推移，记忆金属开始形变，搅动也慢慢开始，且随着搅动的时间的增长，所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度也在增加，混合的越是均匀，混合度越高。当实验结束之后，混合度达到峰值。而在单一周期内，根据混合度的判定，若所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度还处在不断增加中，表示当前还处于混合中，还没有达到均匀的状态，只有当所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度趋于稳定后，表示混合充分，已经均匀。因此在本发明实施例中，根据检测核酸所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度，可以判定当前的混合状态，便于掌握实验进度。通过判断所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度的大小，判定是否混合均匀，便于掌控实验进度。
具体而言，建立混合度矩阵(Q1i,Q2i),其中，Q1i,Q2i分别表示第i周期内的第一混合度和第二混合度；
比较相邻时间段内的混合度矩阵，得到混合度差值，若所述混合度差值为0，则混合充分。
具体而言，所述待扩增反应物与所述冻干球的混合程度决定着扩增反应的实际效果，因此，在每个周期内，确定每个周期的扰动系数X＝|L1i-L2i|/L1i，预设每个周期的标准扰动系数，若X大于所述标准扰动系数X0，则调节形变温度，以使所述扰动系数趋于所述标准扰动系数。若每个周期内的扰动系数过大，则在扩增仓内形成的扰动较大，会破坏扩增仓10内的待扩增物，影响后续的扩增反应，因此需要对各阶段的温度进行调节，以使记忆金属的形变量减小，因此需要保证扰动系数趋于所述标准扰动系数。
具体而言，通过比较相邻周期内的扰动系数的差值，若所述差值大于0.1×X0，则调节对应周期内的混合度在扩增反应结果中的影响系数。本领域技术人员可以理解的是，若相邻周内的扰动函数系数的差值过大，大于0.1×X0，则该两个周期内的至少一个周期内的扰动过大或是过小，其扩增反应的剧烈程度超出正常范围内，因此需要调整这两个周期内的混合度对整个扩增反应结果的影响系数，若在实际反应中包含有40个反应周期，如果所有周期所占的比例之和为1，则平均每个周期所占比例为1/40，若扰动系数不正常的反应周期可以占比为0.8×1/40，以此类推，以使得扩增仓内的扩增反应得到的结果是精准的，减少某个周期内不正常的数据结果对最终实验结果的影响。具体而言，通过比较任意两个周期内的扰动差值，若所述差值大于0.09×X0，则调节对应周期内的所述混合度在扩增反应结果中的影响系数。在实际应中，比较任意两个周期内的扰动差值，若所述差值大于0.09×X0，则该两个周期内的至少一个周期内的扰动过大或是过小，其扩增反应的剧烈程度超出正常范围内，因此需要调整这两个周期内的混合度对整个扩增反应结果的影响系数，以使得扩增仓内的扩增反应得到的结果是精准的，减少某个别周期内不正常的数据结果对最终实验结果的影响。
具体而言，请参阅图5和6所示，其分别为本发明实施例的用于核酸检测的芯片装置的立体结构和爆炸结构示意图，本实施例的用于核酸检测的芯片装置包括设置在最上端的加样层3、设置在加样层3下侧的垫片2、设置在垫片2下侧的管路层101，以及设置在最下侧的密封膜104，其中，所述加样层3上侧设置有加样孔302，用以向芯片内添加样品，注入芯片内的样品经过核酸提取、纯化、扩增发生反应。其中，本实施例的加样层3与管路层101通过卡条304与设置在管路层101侧部的限位架106活动连接，相应的，在限位架106的内侧设置有第一卡槽107，第一卡槽107通过卡条304相互配合连接，以实现加样层3和管路层101的相对位置切换和固定。相对位置的切换就是指加样层3和管路层101的相对距离的改变，加样层3由第一卡槽107切换为第二卡槽的过程，使得加样层3和管路层101之间的距离变近了，抽掉垫片2后，加样层3和管路层101连通，具体而言，垫片2的主要作用是保护加样层3和管路层101不连通，使用时再将垫片抽出，其中，密封膜104粘贴在管路层101的下侧，以实现密封。组装后的加样层3、垫片2、管路层101和密封膜104构成一个完全封闭的整体，样品内的病毒不会泄漏。继续参阅图6所示，本实施例的第一卡槽107的下侧的限位架106侧面上还设置有第二卡槽，第二卡槽位于第一卡槽107的下侧，在运输或存储时，加样层3与第一卡槽107连接，在使用进行试剂反应时，将垫片3抽出，向下按压加样层3，使得加样层3和第二卡槽连接，与此同时，设置在管路层101上的刺针刺破设置在加样层3内的试剂，以使试剂和样品进行混合反应，刺针设置在管路层101上，实际应用过程中，管路层101上设置有立柱，刺针设置在立柱的圆心处，立柱的上端面为椭圆形，且立柱的端面的倾斜的，便于其上的刺针和试剂管的尾端进行配合，顺利刺破试剂管，实现试剂的加注。本发明实施例提供的用于核酸检测的芯片装置，通过设置了第一卡槽107和第二卡槽，使得加样层3和管路层101可以在抽取垫片2后进行按压产生相对位置的变化，同时刺针刺破加样层3内的试剂，实现加样，使得样品和试剂进行一系列反应，本发明的芯片装置结构简单，方便实现混合试剂，提高测试精度。
为了对加样层3的实时状态进行监测，在第一卡槽107和第二卡槽内设置有第二应变片(图中未示出)，该第二应变片用于测试第一卡槽107或第二卡槽和加样层3连接时各处的应力变化。在实际应用过程中，在第一卡槽107内横向取M个点，其中M个点为间隔设置的，通过检测这M个点的应力变化判断加样层3的状态，在存储或是运输时，加样层3和第一卡槽107连接，第一卡槽107内的第一芯片应力函数为F(f1，f2……fm)，其中f1，f2……fm表示各个点的受力情况，由于加样层3受力均匀，则各处的受力情况大致相同；而此时在第二卡槽内的对应位置处也进行应力检测，由于第二卡槽没有和加样层3连接，因此第二卡槽内的第二芯片应力函数为F’(f1’,f2’,……fm’)，其中，f1’,f2’,……fm’均为0；而当加样层3和第二卡槽连接时，第一卡槽内的第一芯片应力函数F(f1，f2……fm)中的f1，f2……fm则均为0，因此可以根据第一芯片应力函数和所述第二芯片应力函数来判断加样层3当前的位置，进而解决了在实验人员中途离开，无法继续完成后续实验，便于其他实验人员根据前一实验人员的实验进度继续完成后续实验。
更进一步地，当第二芯片应力函数中各个位置处的应力值均为0时，即加样层3和第一卡槽107连接时，得到第一芯片应力函数F(f1，f2……fm)，比较第一芯片应力函数中第一位置的应力值f1和第M位置的应力值fm，得到第一正差值，若该第一正差值低于第一预设差值，就表示加样层3在第一卡槽107内受力均匀，则可以进行后续的抽出垫片2进行按压等相关操作；若该第一正差值高于第一预设差值，便是第一位置的应力值和第M位置的应力值相差较大，可能是加样层3的卡条304或是限位架106上的第一卡槽107上有残缺或是存在杂质等，需进行检查调整加样层3，以使第一正差值低于第一预设差值。在第一正差值低于第一预设差值后则进行出后垫片2，按压加样层3，使得加样层3在外力的作用下进入第二卡槽内，在加样层3和第二卡槽连接时，得到第二芯片应力函数F’(f1’,f2’,……fm’)，比较第二卡槽内的第一位置的应力值f1’和第M位置的应力值fm’，得到第二正差值，若该第二正差值低于第二预设差值f0’，则表示加样层3被按压至第二卡槽后，受力均匀，无论是卡条304还是第二卡槽，均无明显异常。若该第二正差值高于第二预设差值f0’，则需要对加样层3进行调整，具体可以参考上述对第一卡槽107内应力值异常时的调整，再此不再赘述。
在实际应用过程中，可以选择第一位置和第M位置的应力应差值，还可以对其他任意两个点的位置进行正差值的比较，以对第一卡槽101和第二卡槽内的各点位置进行分析和检查，进而保证检测结果的准确性。
通过在加样层3和第一卡槽107连接时，检测第一芯片应力函数中第一位置和第M位置处的应力差值，用以对加样层3在第一卡槽107内状态的检查和判定，以保证其在第一卡槽107内受力均匀，芯片装置的各个部件的状态均处于正常状态；相应的，在加样层3和第二卡槽连接时，检测第二芯片应力函数中的第一位置和第M位置处的应力差值，用以对加样层3在第二卡槽内状态的检查和判定，以保证其在第二卡槽内受力均匀，芯片装置的各个部件的状态均处于正常状态。在实际应用过程中，加样层3由第一卡槽107内按压至第二卡槽内的过程中，经历了物理按压，这个过程中容易出现对芯片装置的各结构部件的磨损，因此需要对第一卡槽107、第二卡槽以及卡条304等相关部件进行检查，以保证样品和试剂混合反应结果的准确性。
进一步地，在所述加样层3与所述第二卡槽连接时，获取第二芯片应力函数F’(f1’,f2’,……fm’)，然后比较第一芯片应力函数F(f1，f2……fm)与第二芯片应力函数F’(f1’,f2’,……fm’)中一一对应的位置处的各个应力差值的绝对值，所述第一芯片应力函数F(f1，f2……fm)为所述加样层3和所述第一卡槽107连接时所产生的第一芯片应力函数，判定每一个应力差值的绝对值是否小于预设的标准误差F0，即分别判断|f1’-f1|、|f2’-f2|、|f3’-f3|、|f4’-f4|、……以及|fm’-fm|和预设的标准误差F0的大小，若|f1’-f1|、|f2’-f2|、|f3’-f3|、|f4’-f4|、……以及|fm’-fm|均小于F0，表示各处的应力差值在误差范围内，表示加样层3由第一卡槽107到达第二卡槽的过程中并没有出现误差或是明显的差异，可以进行后续的加入试剂进行反应的相关操作，但是在实际比较过程中，若|f1’-f1|大于标准误差F0，则需要对第一位置处的加样层3的卡条或是管路层的卡槽进行检测，其他第二位置至第M位置处的比较方法都类似，若发现某一位置处应力差值的绝对值大于标准误差F0，则需查找数据异常的原因，直到排除相关异常，重新进行检测。
在实际应用过程中，为了根据各个位置处应力值判定芯片装置是否存在异常，还可以进行粗略的估计，例如获取M个位置处的应力差值的绝对值，假如在M个位置中有一半以上位置处的应力差值的绝对值小于标准差值F0，即表示在M个位置中，大部分位置处的受力均匀，此时可以进行后续操作；当然用户还可以根据实际需要，将判断标准选择为M/2个位置或4M/5个位置或是其他位置点个数，在此不再一一列举。
在实际应用过程中，可能因为按压力度不均匀，使得加样层3的一部分按到了第二卡槽，还有一部分留在了第一卡槽内或是由于按压导致加样层3倾斜，此时检测第二卡槽内的f1’和fm’，首末两个位置的应力必然相差很大，不在预设差值范围内，此时就需要重新调整加样层3的位置。在实际应用中，可以检测M个点中任意两个点的应力差值，以保证加样层3的位置准确平稳。另外还可以检测在第一卡槽107内的第一位置的应力值和第二卡槽的第一位置的应力值，当加样层3受力不均匀时，f1和f1’也会有轻微的差别，可以理解的是，除了检测第一位置的应力差值，还可以检测其他M-1个位置处的应力差值，在此不再一一说明。本实施例中通过第二应变片提供了多种方式检测加样层3在芯片装置中受力均匀性，进而保证后续核酸检测的精确性。
在实际应用过程中，引起第一卡槽107和第二卡槽内的第二应变片的应力值细微变化的可能因素有加样层3的磨损、倾斜、外界的杂质、第二应变片的磨损等因素，需要根据第一芯片应力函数和第二芯片应力函数的数据进行检查，确保加样层3和管路层101平稳对接，以保证后续的流体进入预定的注液口和预定的管路，在加样层与管路层对接后，通过第一应变片接收到的挤压力，用以确定所述加样层和所述管路层在压合后受力的均匀性，防止由于局部应力过大对加样层或管路层造成应力疲劳，降低加样层或管路层的使用寿命。
具体而言，通过设置第二应变片，使得在压合过程中，可以对压合过程中的平稳进行评定，以便于确定压合过程中的不稳定因素，而在卡合后，通过第一应变片，通过第一应变片的应力变化，使得在实验过程中，加入样品以及进行提取纯化扩增反应过程中，对二者的卡合情况进行实时监测，防止在反应过程中由于应力变化导致密封性的问题，影响实验进度，通过设置第一应变片的应力变化，可以及时发现异常情况，及时调整。而加样层和管路层的密封情况会影响扩增反应的效率，因此设置第一应变片是十分必要的。
继续参阅图6所示，本发明实施例的垫片2的下侧还设置有滑轨202，相应的，在管路层101的上侧面设置有滑槽108，滑轨202通过与滑槽108配合连接，以实现垫片2与管路层101的滑动连接。本实施例的滑槽108设置在管路层101上的限位架106的内侧。所述垫片2的端部设置若干相间排列的凹口与凸起，其中，所述滑轨202设置在最外侧凸起的底面上。
继续参阅图6所示，本实施例的加样孔302上设置有加样孔盖303，用以进行密封。在加样层3和管路层101还设置卡扣结构，在加样层3的一侧设置有第一卡扣301，第一卡扣301的下侧伸出端伸出所述加样层3的底端，在将加样层3和管路层101配合安装在一起后，通过第一卡扣301卡接在管路层101的侧面上，以防止加样层3和管路层101分离。
继续参阅图6所示，本实施例的管路层101上设置有两个第一单阀102，用以在反应过程中对管路层101内的液体进行截至或流动的控制；在管路层101上还设置有双阀103，用以截断管路内流体的道路或是允许流体通过，双阀103通过管路与扩增仓连通，双阀103用于控制扩增仓的两端同时关闭或者同时开启，以使得其内部形成一密闭的空腔。在图6中，所述垫片2的两侧还设置有把手201，方便对用于核酸检测的芯片装置进行提取。在本发明实施例中，所述扩增仓设置在管路层101的边缘，并且，扩增仓为半椭圆形结构，既能够使反应试剂反应，又能够在使用时，能够通过凸出的半椭圆形结构实现方便定位及安装。
继续参阅图6所示，本实施例的管路层101上设置有一排刺针105，加样层3和垫片2卡合在一起后，作用把手201使垫片2沿着滑槽108滑动，当滑动到无法前进时，抽出垫片2，此时加样层3由第一卡槽107内被按压至第二卡槽内，如此刺针105可以刺破加样层3内的试剂管，进而将刺针105与加样层3内的试剂连通，试剂中标记的荧光序列与对应位置的核酸刺针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。在所述刺针105的外侧还设置有一挡板，其在加样层3与管路层101配合时，起到阻挡及定位作用。
具体而言，在本发明实施例中，在加样状态时，所述加样层3内设置有若干组试剂管，所述加样层3通过其上的卡条304与第一卡槽107卡接，在初始安装状态时，加样层3自上而下与管路层101配合，通过垫片2将刺针与试剂管内的试剂隔离，防止在运输过程中的振动造成刺针与试剂混合，保护加样层和管路层不连通，避免刺破。在需要进行试验时，将垫片2沿滑槽108向外抽出，垫片2沿滑槽108向外抽出后，向下按压加样层3，使得加样层3上的卡条304与第二卡槽卡接，此时，设置在管路层101上的刺针105与加样层3的试剂混合，将试剂引入管路层101内进行试验。
具体而言，本发明通过设置垫片结构，使得用于核酸检测的芯片装置能够在储存试剂，运输过程中，完好保存，在使用时，只需将垫片抽出并向下按压加样层，即能够将试剂引入管路层中。
参阅图7所示，其为本发明实施例的加样层的结构示意图；在本实施例的加样孔302的下方为加样仓，加样仓能够连接一装载试剂或样品的试剂管，在加样仓的下部设置有试剂出口312，在试剂出口312与加样仓之间设置有密封结构313，用以进行密封，在需要进行试剂加入的时候，刺针105会刺破313，以使试剂沿着试剂口312进入流体管路内。在所述加样仓的一侧还设置有加压结构，其包括管壁305，在管壁305内部设置有活塞308，活塞308向加样仓移动，推动其内的试剂向试剂出口312流出；当然在需要进行抽回试剂的时候，活塞308也可以向外抽出试剂或是其他废液，在所述活塞308的活塞杆端部设置有密封圈311，用以进行密封。
继续参阅图7所示，本实施例的活塞杆上还设置有螺帽307，通过与螺帽307螺纹连接，实现相对旋转运动，相应的，在活塞杆的一端设置有输出结构，如气缸，油缸，也可通过转动输出结构连接活塞杆，如电机、丝杠，此时，活塞杆做旋转运动，只需能够推动试剂向试剂出口流出即可。相应的，在螺帽307的外侧套设有一导向套306，管壁305内侧设置有相应的轴肩，用以对导向套306进行定位及固定；在导向套306的两端外侧还设置有卡环314，用以卡住相应的导向套306。在导向套306的外侧还设置有护套309，用以对活塞杆、螺帽307、以及导向套306进行保护。在对管路层101进行试剂注射时，通过活塞向加样仓移动，增加其内的压力，以推动试剂向试剂出口312流动，实现注入试剂。本发明实施例设置若干组试剂管，在本实施例中，设置五组试剂管，根据实验需要依次向管路层施加不同或相同的试剂，能够大大提高使用效率。
继续参阅图7所示，在加样层3下方设置第二卡扣310，第二卡扣310设置在与第一卡扣301相对的一侧面上，来防止加样层3滑动。
可以看出，本实施例把复杂的实验过程，集成在芯片管路层，能够控制液体走向，从而能够有效地提高工作效率。
结合本发明实施例中提供的用于核酸检测的芯片装置中的管路层101以及加样层3的具体结构及管路设置做进一步详细说明，请参照图8，如图8所示，需要提前说明的是，图8中的第一单阀102和双阀103均设置在管路层101上，而在图8中也包含第一单阀和双阀，所采用的是不同的附图标记，第一单阀210和211，而双阀中的第一部271和第二部281构成了双阀103。
本领域技术人员可以理解的是，在管路层上设置的管路结构在加样层没有和管路层连接时，上述管路结构是无法进行相关核酸检测试验的，因此需要在管路层和加样层接触时，方可进行核酸的提取纯化和扩增反应。
具体而言，如图8所示，管路层包括第一进样口21、第一试剂口22、第二试剂口23、第三试剂口24、第四试剂口25、纯化仓26和扩增仓27，第一进样口21和第一试剂口22通过第一管路连接，第一管路上设置有第一单阀211，纯化仓26包括入口261和出口262，所述第一进样口21和所述入口261通过第二管路16连接，所述第一试剂口22和所述出口262通过第三管路126连接，所述第二试剂口23、所述第三试剂口24和所述第四试剂口25均与所述入口262通过第四管路610连接；所述扩增仓27的第一端设置有双阀的第一部271，所述扩增仓的第二端设置有双阀的第二部281，所述双阀的第一部271通过第五管路和另一单阀212连接，所述另一单阀212通过第六管路126和所述出口262连接，第一双阀271和第二双阀281的作用方式为同时开启同时关闭。
下面对其具体的工作过程做进一步介绍，请参见图8，第一进样口21、第一试剂口22、第二试剂口23、第三试剂口24、第四试剂口25、纯化仓26和PCR扩增仓27，第一进样口21和第一试剂口22通过第一管路连接，第一管路上设置有第二单阀211，纯化仓26包括入口261和出口262，所述第一进样口21和所述入口261通过第二管路16连接，所述第一试剂口22和所述出口262依次通过第七管路92、第一缓冲仓29、第一单阀212和第三管路126连接，所述第二试剂口23、所述第三试剂口24和所述第四试剂口25均与所述入口261通过第四管路610连接；所述PCR扩增仓27的第一端连接双阀的第一部271，所述PCR扩增仓的第二端连接双阀的第二部281，双阀的第二部281通过第八管路86和纯化仓26的出口262连接，所述双阀的第一部271经过第二缓冲仓210、缓冲仓管路97、第一缓冲仓29连接至第一试剂口22，双阀的第一部271和双阀的第二部281的作用方式为同时关闭或同时开启。
具体地，本发明实施例提供的纯化扩增装置还包括第一缓冲仓29，该第一缓冲仓29也可称作废液仓，仓内有高吸水性海绵，主要作用是，第一试剂口22内的裂解液注入后，在裂解液仓内，会有少量液体残留在仓内，第一试剂口22作为一个配合的从动仓，要配合其他试剂进入纯化仓，这过程中第一试剂口22连接的活塞结构会有抽吸运动，为避免少量溢出的废液混进整个液路系统，所以设置了第一缓冲仓，用以吸收少量废液，所述第一缓冲仓29的一端通过第七管路92和所述第一试剂口22连接，所述第一缓冲仓29的另一端连接到第五管路上，形成三通管路，所述三通管路和所述PCR扩增仓27之间还设置有第二缓冲仓210，第二缓冲仓210内设置有海绵，用以加强保护PCR扩增仓27，所述双阀的第二部281通过第八管路86和所述出口262连接，所述第一管路上设置有第二单阀211，所述第二单阀211的一端通过第九管路111和所述第一进样口21连接，所述第二单阀211的另一端通过第十管路112和所述第一试剂口22连接。
在进行扩增反应时，首先通过向所述第一进样口21注入样品，样品可以是血液或是拭子等，以及向所述第一试剂口22注入第一试剂，第一试剂为裂解液，打开第二单阀211将样品与第一试剂经过所述第一管路混合后，得到第一生成物，所述第一生成物包括液体，所述液体通过第二管路16进入所述纯化仓内，纯化仓26内置磁珠，样品经过裂解液分解之后，核酸物质和蛋白质分离，纯化仓是进行核酸提取和纯化的反应仓，提取就是从核酸物质和蛋白质的混合物提取核酸物质，纯化就是将提取出来的核酸物质进行清洗，然后关闭第二单阀，打开第一单阀212，向所述第二试剂口23注入第二试剂，第二试剂为清洗液，所述第二试剂经过所述第四管路610进入所述纯化仓内，并与所述液体反应，得到第二生成物，向第三试剂口24注入第三试剂，第三试剂为清洗液，所述第三试剂经过所述第四管路610进入所述纯化仓内，并与第二生成物反应，得到第三生成物，向第四试剂口25注入第四试剂，第四试剂为洗脱液，就是使核酸物质从磁珠上脱离，所述第四试剂经过所述第四管路610进入所述纯化仓内，并与第三生成物反应，得到第四生成物，将所述第四生成物经过所述第六管路126、所述第一单阀212和所述第五管路引入所述PCR扩增仓27内，以进行扩增反应。
向第一样品口21加入样品，关闭第一单阀212、双阀的第一部271和双阀的第二部281，打开第二单阀211，然后向第一试剂口22推入第一试剂，样品可以是血液，鼻咽拭子，样品沿着第九管路111，第一试剂沿着第十管路112，在第一管路内混合，为了使得样品和第一试剂混合的更为充分，在实际应用过程中，可以在第一试剂口及第一样品口处增加推吸装置，具体可以是活塞结构，加快在第九管路111和第十管路112内的样品或试剂的微流，充分混合反应，在第一管路内得到第一生成物，第一生成物充满第一管路。
关闭第二单阀211，双阀的第一部271和双阀的第二部281，打开第一单阀。此时第一生成物被分别留在第九管路111和第十管路112内，第一生成物中包括液体和气体，液体由第一进样口21通过第二管路16进入纯化仓26，液体充满纯化仓26并溢出在第六管路126内，同时在第二缓冲仓29的缓冲作用下，第一生成物的气体通过第七管路92、第一单阀212进入第六管路126，液体和气体在第六管路126内汇合。然后加入第二试剂时，在第二试剂口23推入第二试剂，第二实际沿着第四管路610从入口261进入纯化仓26，为了使第二试剂进入已被液体充满的纯化仓26，纯化仓26内设置有磁珠，在超声波的作用下将纯化仓26内的磁珠打散，使得纯化仓内的液体中的核酸和磁珠充分接触吸附，在第二试剂推入的同时，第一试剂口22处应进行吸入操作，将第一生成物吸入第一试剂口，以使第二试剂顺利进入纯化仓26，第二试剂和第一生成物反应后得到第二生成物，第二生成物充满纯化仓26。在生成第二生成物的同时还会产生一些废液，可以将废液排出至第一试剂口22和/或第一加样口21，可选的，将废液通过126排出至第一试剂口22，或是将废液由16排出至第一进样口21。
在所述第三试剂和所述第二生成物混合时，第二试剂和第三试剂对纯化仓26内的液体进行清洗，实现对核酸的提取纯化，所述第三试剂口24经过第四管路610推入所述第三试剂时，所述第二试剂口23吸入部分所述第二生成物，然后所述第二试剂口23推入第二生成物时，所述第三试剂口24吸入所述第三试剂，最后将反应的废液吸入所述第二试剂口23和/或第一试剂口22和/或第一样品口21；在所述第四试剂和所述第三生成物混合时，所述第四试剂口25推入所述第四试剂时，所述第三试剂口吸入部分所述第三生成物，然后所述第三试剂口24推入第三生成物时，所述第四试剂口25吸入所述第四试剂，第四试剂为洗脱液，此时所述纯化仓被第三试剂和第三反应物反应后的第四生成物填满，关闭第一单阀212和第二单阀211，打开双阀的第一部271和双阀的第二部281，所述第四生成物沿着所述第八管路86由所述出口262填满所述PCR扩增仓26，进而关闭所述双阀的第一部271和双阀的第二部281。与本发明上一实施例相比，第四生成物是由第八管路86引入PCR扩增仓27内，相比由第六管路126和第五管路引入PCR扩增仓27相比，第八管路86在反应过程中没有被其他液体或气体污染，是干净的，可以保证进入PCR扩增仓27内物质的纯净度。
具体而言，本领域技术人员可以理解的是，在不违背自然规律和技术冲突的前提下，技术方案中的技术特征可以进行结合，在此不做限制。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，其特征在于，包括：扩增仓，所述扩增仓内设置有待扩增反应物、冻干球和记忆金属，所述待扩增仓内的待扩增反应物由设置在管路层内的纯化仓引入；
所述纯化仓的下方设置有超声单元和磁吸单元，所述扩增仓的下方设置有温控单元；
所述超声单元、所述磁吸单元和所述温控单元分别与中控单元连接，所述中控单元用以控制所述超声单元的实时振动频率F，所述磁吸单元的实时位置L以及所述温控单元的实时温度T，所述中控单元内还设置有标准反应矩阵R0(F0，L0，T0),其中F0表示所述超声单元的标准振动频率，L0表示所述磁吸单元的标准位置，T0表示所述温控单元的标准温度；
所述中控单元根据所述标准反应矩阵R0(F0，L0，T0)控制所述超声单元、所述磁吸单元和所述温控单元；
所述中控单元内还设置有时间矩阵t(t1，t2，t3)，其中t1表示超声单元的振动时间，t2表示当所述超声单元停止振动后启动所述磁吸单元的时间间隔，t3表示所述磁吸单元停止工作后启动所述温控单元的时间间隔；
在反应过程中，若所述超声单元的实时振动频率F低于所述超声单元的标准振动频率F0，则增加所述超声单元的振动时间t11，更新所述中控单元内的时间矩阵t1(t11，t2，t3),所述超声单元的振动时间t11＝t1(1+F/F0)；
若所述超声单元的实时振动频率高于或等于所述超声单元的标准振动频率F0，则维持所述超声单元的振动时间t1，维持所述中控单元内的时间矩阵t(t1，t2，t3)；
当所述待扩增反应物进入所述扩增仓内时，记录所述记忆金属在第一温度和第二温度下的第一长度和第二长度；
所述中控单元建立第一扰动函数T1(t1i，L1i，Q1i)和第二扰动函数T2(t2i，L2i,Q2i)，其中，t1i表示第i周期内的第一温度，t2i表示第i周期内的第二温度，L1i表示第i周期内在第一温度下对应的记忆金属的第一长度，L2i表示第i周期内在所述第二温度下的对应的记忆金属的第二长度；Q1i表示第i周期内在第一温度下所述待扩增反应物与所述冻干球的第一混合度,Q2i表示第i周期内在所述第二温度下所述待扩增反应物与所述冻干球的第二混合度；
所述中控单元比较所述第一扰动函数和所述第二扰动函数，得到第一比较函数T12(t1i-t2i，L1i-L2i，Q1i-Q2i)；设定第一比较标准函数T120，若所述第一比较函数的各个参量均在所述第一比较标准函数T120范围内，则继续后续扩增反应，否则调整所述对应温度下的长度参量；
在多个反应周期内，所述中控单元根据所述记忆金属的第一长度和第二长度调整所述当前的反应温度，以使所述待扩增反应物在预设的温度下进行，获取符合要求的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度。
2.根据权利要求1所述的基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，其特征在于，分别比较相邻周期内的第一扰动函数T1(t1i+1，L1i+1，Q1i+1)-T1(t1i，L1i，Q1i)，得到第一扰动函数差值；比较相邻周期内的第二扰动函数T2(t2i+1，L2i+1，Q2i+1)-T2(t2i，L2i，Q2i)，得到第二扰动函数差值；建立第一扰动标准差值和第二扰动标准差值，若所述第一扰动函数差值与所述第一扰动标准差值符合，若所述第二扰动函数差值与所述第二扰动标准差值符合，则继续周期扩增反应，否则调整所述对应温度下的记忆金属的长度参量。
3.根据权利要求2所述的基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，其特征在于，当前时间节点内的所述扩增仓内的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度与第一个周期内的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度进行比较；若所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度没有增加，则混合充分。
4.根据权利要求3所述的基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，其特征在于，比较当前时间节点内的最后一个周期内的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度与倒数第二个周期内的所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度进行比较；若所述待扩增反应物与所述冻干球的混合度没有增加，则结束搅动混合充分，若混合度增加，则继续搅动。
5.根据权利要求2所述的基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，其特征在于，建立混合度矩阵(Q1i,Q2i),其中，Q1i,Q2i分别表示第i周期内的第一混合度和第二混合度；
比较相邻周期内的混合度矩阵，得到混合度差值，若所述混合度差值为0，则混合充分。
6.根据权利要求1所述的基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，其特征在于，所述记忆金属的原始长度为半环形的环形长度。
7.根据权利要求5所述的基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，其特征在于，所述第一温度为起始温度，所述第二温度为形变温度。
8.根据权利要求5所述的基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，其特征在于，每个周期内的扰动系数X＝|L1i-L2i|/L1i+|L2i-L3i|/L2i+|L3i-L1i|/L3i，预设每个周期的标准扰动系数，若X大于所述标准扰动系数X0，则调节第一温度、第二温度和第三温度，以使所述扰动系数趋于所述标准扰动系数。
9.根据权利要求8所述的基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，其特征在于，比较相邻周期内的扰动系数的差值，若所述差值大于0.1×X0，则调节对应周期内的所述荧光强度在扩增反应结果中的影响系数。
10.根据权利要求9所述的基于PCR的纯化扩增反应中的控制装置，其特征在于，比较任意两个周期内的扰动差值，若所述差值大于0.09×X0，则调节对应周期内的所述荧光强度在扩增反应结果中的影响系数。
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Contract record no.: X2022990000932

Denomination of invention: Control device in purification amplification reaction based on PCR

Granted publication date: 20211210

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