CN114015561A - Pcr荧光检测温控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PCR荧光检测温控系统，包括升降温模块和热盖组件；升降温模块包括底板和试剂管座组件；试剂管座组件包括试剂管座，试剂管座的顶面设有反应座，反应座内设有反应腔，试剂管座的底面设有用于控制所述反应腔内的温度升降循环的温控组件；所述底板上设有用于压紧固定所述试剂管座的压紧组件；热盖组件包括固定板和可盖在所述固定板上的热盖；固定板上设有反应区，反应区内与所述反应座内一一对应设有反应通孔，反应座位于对应的所述反应通孔内，底板位于所述固定板下方；所述热盖上与所述反应区对应设有加热装置。本发明的PCR荧光检测温控系统，能够加热试剂并防止试剂过量蒸发，并能够实现PCR的温度升降循环控制。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体的为一种PCR荧光检测温控系统。
背景技术
荧光分析法是指利用某些物质被紫外光照射后处于激发态，激发态分子经历一个碰撞及发射的去激发过程所发生的能反映出该物质特性的荧光，可以进行定性或定量分析的方法。由于有些物质本身不发射荧光(或荧光很弱)，这就需要把不发射荧光的物质转化成能发射荧光的物质。例如用某些试剂(如荧光染料)，使其与不发射荧光的物质生成络合物，各种络合物能发射荧光，再进行测定。因此荧光试剂的使用，对一些原来不发荧光的无机物质和有机物质进行荧光分析打开了大门，扩展了分析的范围。
荧光定量分析仪是实时检测的反应仪器，一般由热循环系统、荧光实时检测系统来保证仪器功能。荧光定量分析仪主要由温控模块、荧光检测模块、电路控制模块、计算机及其处理软件组成。其中，现有的温控模块通过空气浴、水浴、金属浴等形式实现PCR的温度循环，虽然在一定程度上能够满足温度控制要求，但存在体积大、温度升降速率慢的不足。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种PCR荧光检测温控系统，能够加热试剂并防止试剂过量蒸发，并能够实现PCR的温度升降循环控制。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种PCR荧光检测温控系统，包括升降温模块和热盖组件；
所述升降温模块包括底板和试剂管座组件；所述试剂管座组件包括试剂管座，所述试剂管座的顶面设有反应座，所述反应座内设有反应腔，所述试剂管座的底面设有用于控制所述反应腔内的温度升降循环的温控组件；所述底板上设有用于压紧固定所述试剂管座的压紧组件；
所述热盖组件包括固定板和可盖在所述固定板上的热盖；所述固定板上设有反应区，所述反应区内与所述反应座内一一对应设有反应通孔，所述反应座位于对应的所述反应通孔内，所述底板位于所述固定板下方；所述热盖上与所述反应区对应设有加热装置。
进一步，所述反应座的外侧壁上设有光纤连接座，所述光纤连接座上设有两个分别用于与光纤连接的连接口，所述连接口与所述反应腔相连通。
所述底板上设有光纤固定板，所述光纤固定板上设有用于限位光纤的固定板限位槽，且所述光纤固定板上安装有用于将光纤压紧固定在所述固定板限位槽内的光纤压板。
进一步，所述试剂管座的两侧分别设有台阶面，所述压紧组件包括分别位于所述试剂管座两侧的管座压板，所述管座压板与所述底板固定连接并压在对应的所述台阶面上；位于所述光纤固定板与所述试剂管座之间的所述管座压板上设有用于限位光纤的压板限位槽，所述压板限位槽与所述固定板限位槽对应设置，且对应的所述压板限位槽与所述固定板限位槽位移同一条直线上。
进一步，所述试剂管座的顶面上间隔设有多个所述反应座，所述反应座成一维线性阵列设置在所述试剂管座顶面上；所述试剂管座内设有热敏电阻，所述热敏电阻位于相邻两个所述反应座之间。
进一步，所述温控组件包括用于控制温度升降的温控元件，所述温控元件的上下两侧面上分别设有第一导热层和第二导热层；所述温控元件采用半导体制冷器；所述第一导热层和第二导热层均采用石墨烯制成。
进一步，所述升降温模块包括散热组件，所述散热组件包括中间风道，所述中间风道的两侧分别设有与其相连通的侧风道，两个所述侧风道上分别设有所述升降温模块和热盖组件，所述底板和固定板安装在对应的所述侧风道上；所述中间风道的两侧壁上分别设有与两个侧风道相连通的连通孔，且所述中间风道内设有位于两个所述连通孔之间的隔板。
进一步，所述反应区的四周设有用于与所述加热装置接触配合的隔热板。
进一步，所述热盖上设有用于安装加热装置的加热安装槽，所述加热装置安装在所述加热安装槽内，且所述加热装置与所述加热安装槽的槽底之间设有柔性弹性元件。
进一步，所述固定板的底面上设有保温棉，所述保温棉上与所述反应通孔一一对应设有用于反应座通过的保温通孔。
进一步，所述热盖的连接端与所述固定板之间铰接连接，所述热盖与所述连接端相对的开闭端与所述固定板之间设有锁扣；所述热盖的开闭端和/或所述固定板设有锁扣的一端设有电磁铁。
本发明的有益效果在于：
本发明的PCR荧光检测温控系统，通过设置升降温模块和热盖组件，升降温模块的反应座位于对应的反应通孔内，将热盖盖在固定板上后，利用设置在热盖上的加热装置可直接对反应座及置于反应座内的试剂进行加热，同时能够避免试剂过量蒸发；同时通过在试剂管座的底面上设置温控组件，温控组件可快速控制温度升降循环，即能够实现PCR的温度升降循环控制。
通过设置光纤连接座，并在光纤连接座上设置两个连接口，两个连接口上连接的光纤分别为激发光纤和接收光纤，从而能够提高光纤的连接稳定性和连接一致性，避免光纤脱落。
通过设置热敏电阻检测温度，将热敏电阻设置在相邻两个反应座之间，即热敏电阻避开了反应座的位置，从而降低了因热敏电阻的存在导致的对试剂管座与反应座之间的热传导影响，提高了传热效率，同时提高了各个反应座的温度均匀性。
通过设置温控元件控制温度升降，并在温控元件的上下两侧分别设置第一导热层和第二导热层，如此，通过第一导热层可实现温度元件与试剂管座之间的快速热传导，且当需要降温时，可通过第二导热层将热量导出，提高降温速率。
通过在底板上设置光纤固定板，并在光纤固定板上设置固定板限位槽，光纤通过该固定板限位槽进行限位，从而能够使光纤布置更加规整，同时采用光纤压板将光纤压紧固定在固定板限位槽内，实现光纤的压紧固定。
通过设置散热你，并将升降温模块安装在侧风道上，当温控组件对试剂管座进行降温时，底部产生的热量可通过侧风道的对流作用迅速带走，提高降温效率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为采用本发明PCR荧光检测温控系统的一种全自动荧光定量分析仪实施例的结构示意图，具体的为升降温模块和散热组件的装配图；
图2为升降温模块的结构示意图；
图3为升降温模块的剖视图；
图4为试剂管座的结构示意图；
图5为PCR荧光检测热盖组件的结构示意图；
图6为荧光检测模块的结构示意图；
图7为图6的俯视图；
图8为检测盘的结构示意图；
图9为激发光组件的结构示意图；
图10为接收光组件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，为一种全自动荧光定量分析仪实施例的结构示意图。本实施例的全自动荧光定量分析仪，包括PCR荧光检测温控系统(以下简称温控系统)和荧光检测模块，温控系统包括升降温模块和热盖组件。
具体的，如图2和图3所示，升降温模块包括底板100和试剂管座组件。本实施例的试剂管座组件包括试剂管座101，试剂管座101的顶面设有反应座102，反应座102内设有反应腔103，试剂管座101的底面设有用于控制反应腔103内的温度升降循环的温控组件。底板100上设有用于压紧固定试剂管座101的压紧组件。本实施例的试剂管座101的顶面上间隔设有多个所述反应座102，且所有的反应座102成一维线性阵列设置在试剂管座102顶面上。本实施例的试剂管座101的顶面上间隔设有8个成一维线性阵列设置的反应座102。
如图5所示，热盖组件包括固定板200和可盖在固定板200上的热盖201；固定板200上设有反应区202，反应区202内设有用于反应座102通过的反应通孔203；热盖201上与反应区202对应设有加热装置204。固定板200位于底板100的上方，且固定板200与底板100 之间相对固定设置；反应通孔203与反应座102一一对应设置，反应座102位于对应的反应通孔203内。
如图6所示，荧光检测模块包括接口盘301、检测盘302和驱动机构。接口盘301上设有多个接口组，接口组包括一个激发光纤接口303和一个接收光纤接口304。检测盘302上设有多个检测组件，检测组件包括一个激发光组件305和一个接收光组件306。驱动机构驱动接口盘301与检测盘302之间相对移动，使每一个接口组依次经过所有的检测组件，或使每一个检测组件依次经过所有的接口组。具体的，接口组和检测组件之间满足以下对位关系：当检测组件的激发光组件305与接口组的激发光接口303对位时，该检测组件的接收光组件306与该接口组的接收光纤接口304对位；同理，当检测组件的接收光组件306与接口组的接收光纤接口304对位时，该检测组件的激发光组件305与该接口组的激发光接口303对位。如此，对位的接口组和检测组件中，激发光组件305发出的光传入与其对应的激发光接口303上连接的光纤106内，放置于反应腔103内的试剂管内的试剂产生的荧光经接口光接口304上连接的光纤106传入到接收光组306内。
反应座102的外侧壁上设有光纤连接座104，光纤连接座104上设有两个连接口105，连接口105与反应腔103相连通；接口组与反应座102对应设置，反应座102的两个连接口105 分别与对应的接口组的激发光纤接口303和接收光纤接口304之间设有光纤106相连。
进一步，试剂管座101的两侧分别设有台阶面107，压紧组件包括分别位于试剂管座101 两侧的管座压板108，管座压板108与底板100固定连接并压在对应的台阶面107上。通过设置台阶面107，利用管座压板108可将试剂管座101稳固的压紧固定在底板100上，且试剂管座101上不用设置螺纹连接件等连接件，不会对其传热造成影响。
进一步，底板100上设有光纤固定板109，光纤固定板109上设有用于限位光纤106的固定板限位槽110，且光纤固定板109上安装有用于将光纤106压紧固定在固定板限位槽110 内的光纤压板111。通过在底板100上设置光纤固定板109，并在光纤固定板109上设置固定板限位槽110，光纤106通过该固定板限位槽110进行限位，从而能够使光纤106布置更加规整，同时采用光纤压板111将光纤106压紧固定在固定板限位槽110内，实现光纤106的压紧固定，同时还可以控制光纤106在光纤固定板109与对应的反应座102之间的弯曲半径，使得光纤106受到沿连接口105轴线方向的力，该作用力可以一定程度上防止光纤106沿连接口105产生轴向位移。优选的，本实施例的光纤压板111的底面设有光纤软垫112，既可压紧固定光纤106，又可避免对光纤106造成损伤。
进一步，位于光纤固定板109与试剂管座101之间的管座压板108上设有用于限位光纤 106的压板限位槽113，压板限位槽113与固定板限位槽110对应设置，且对应的压板限位槽 113与固定板限位槽110位移同一条直线上，进一步限制光纤106的弯曲半径，使光纤106 受到更大的沿连接口105轴线方向的力。
进一步，试剂管座101的顶面上间隔设有多个反应座102，本实施例的反应座102成一维线性阵列设置在试剂管座101顶面上；试剂管座101内设有热敏电阻114，热敏电阻114位于相邻两个反应座102之间。通过设置热敏电阻114检测温度，将热敏电阻114设置在相邻两个反应座之间，即热敏电阻114避开了反应座102的位置，从而降低了因热敏电阻114 的存在导致的对试剂管座101与反应座102之间的热传导影响，提高了传热效率，同时提高了各个反应座102的温度均匀性。
进一步，本实施例的升降温模块还包括用于防止试剂管座101温度过高的过温保护开关，对升降温模块进行过温保护，避免温度过高。
进一步，本实施例的温控组件包括用于控制温度升降的温控元件115，温控元件115的上下两侧面上分别设有第一导热层116和第二导热层117。具体的，本实施例的温控元件115 采用半导体制冷器；第一导热层116和第二导热层117均采用石墨烯制成。通过设置温控元件115控制温度升降，并在温控元件115的上下两侧分别设置第一导热层116和第二导热层 117，如此，通过第一导热层116可实现温度元件115与试剂管座101之间的快速热传导，且当需要降温时，可通过第二导热层117将热量导出，提高降温速率。
进一步，反应区202的四周设有用于与加热装置204接触配合的隔热板205，以隔绝升降温模块的热量，便于反应区202内的温度控制。
进一步，热盖201上设有用于安装加热装置204的加热安装槽，加热装置安装在加热安装槽内，且加热装置204与加热安装槽的槽底之间设有柔性弹性元件，柔性弹性元件对加热装置204施加柔性弹性力，使热盖201能够顺利盖在固定板200上，同时可使加热装置204 压在反应座102及试剂管上，提高加热效率。
进一步，固定板200背向热盖201的底面设有保温棉206，保温棉206上与反应通孔203 一一对应设有用于反应座102通过的保温通孔，从而能够对反应座102进行保温。
进一步，热盖201的连接端与固定板200之间铰接连接，热盖201与连接端相对的开闭端与固定板200之间设有锁扣207，当热盖201闭合后，可锁住热盖201。优选的，本实施例的热盖201的开闭端和/或固定板200设有锁扣207的一端设有电磁铁208，具体的，本实施例的电磁铁208设置在固定板200上。通过设置电磁铁208，在运行过程中电磁铁208带电，在热盖201与固定板200之间产生磁力作用以确保运行过程中热盖201无法打开。
本实施例的温控系统还包括散热组件，散热组件包括中间风道401，中间风道401的两侧分别设有与其相连通的侧风道402，两个侧风道402上分别设有升降温模块和热盖组件，固定板200和底板100均固定安装在对应的所述侧风道402上。本实施例的中间风道401的两侧壁上分别设有与两个侧风道402相连通的连通孔403，且中间风道401内设有位于两个连通孔403之间的隔板404。通过将升降温模块和热盖组件安装在侧风道402上，当温控组件对试剂管座进行降温时，底部产生的热量可通过侧风道402的对流作用迅速带走，提高降温效率，通过设置隔板404，能够防止两个侧风道402之间相互影响。
进一步，所有的激发光纤接口303的中心均位于同一条圆弧线Ⅰ上，所有的接收光纤接口304的中心均位于一条圆弧线Ⅱ上，圆弧线Ⅰ和圆弧线Ⅱ的圆心重合，本实施例的圆弧线Ⅰ的曲率半径大于圆弧线Ⅱ的曲率半径。沿着激发光纤接口303或接收光纤接口304的轴线视图方向上，所有的激发光组件305的几何中心均位于圆弧线Ⅰ所在的圆上，所有的接收光组件306的几何中心均位于圆弧线Ⅱ所在的圆上；驱动机构为驱动接口盘301与检测盘302 之间相对转动的转动驱动机构。本实施例的转动驱动机构包括用于驱动检测盘302与接口盘 301之间相对转动的步进电机307，且检测盘302与接口盘301之间相对转动的轴线过圆弧线Ⅰ和圆弧线Ⅱ的圆心。本实施例的步进电机307的输出轴与检测盘302连接，即检测盘302 与步进电机307的输出轴同步转动，接口盘301相对于步进电机307的壳体固定设置。如此，利用步进电机307驱动检测盘302与接口盘301之间相对转动的过程中，所有检测组件中的激发光组件305会依次经过所有的激发光纤接口303，接收光组件306会依次经过所有的接收光纤接口304，每一个接口组对应一个反应座102，反应座102的反应腔103内放置试管，试管内具有待检测的试剂，如此，同一个检测组件可实现对所有试剂的荧光检测，同一个试剂也会被所有的检测组件进行荧光检测。
进一步，属于同一个检测组件的激发光组件305和接收光组件306的几何中心分别与圆弧线Ⅰ的圆心之间连线之间的夹角为30°，由于激发光组件305和接收光组件306本身具有一定的体积，将它们与圆弧线Ⅰ的圆心之间连线之间的夹角设为30°，可以减小检测盘302的直径，进而缩小整个荧光检测模块的体积。具体的，本实施例的检测组件设为4个，即激发光组件305和接收光组件306分别设有4个。本实施例的接口组设为16个，即激发光纤接口303和接收光纤接口304分别设有16个，对应的，反应座102共设有16个，升降温模块设有2个，两个升降温模块上分别设有8个反应座102。
进一步，本实施例的荧光检测模块还包括用于定位检测盘302和接口盘301之间的相对位置的光耦传感器308，具体的，本实施例的光耦传感器308安装在接口盘301上，检测盘 302上设有与光耦传感器308配合的挡光片309。通过设置光耦传感器308定位接口盘301和检测盘302之间的位置，从而确定接口盘301和检测盘302之间进行检测的起点位置，保证检测的准确性和可靠性。优选的，检测盘302上设有导电滑环310，所有激发光组件305和接收光组件306所需的连接线均通过导电滑环310连接，避免连接线在检测盘302转动的过程中产生缠绕。
当然，在一些实施例中，所有的激发光纤接口303的中心均位于同一条直线Ⅰ上，所有的接收光纤接口304的中心均位于一条直线Ⅱ上，直线Ⅰ和直线Ⅱ相互平行；沿着激发光纤接口303或接收光接口304的轴线视图方向上，所有的激发光组件305的几何中心均位于直线Ⅰ上，所有的接收光组件306的几何中心均位于直线Ⅱ上；驱动机构为驱动接口盘与检测盘之间相对移动的直线驱动机构。也可实现同一个检测组件可实现对所有试剂的荧光检测、同一个试剂也会被所有的检测组件进行荧光检测的技术目的，不再累述。
进一步，激发光组件305包括依次设置的LED光源311、第一凸透镜312、第二凸透镜313和第三凸透镜314，第一凸透镜312与第二凸透镜313之间设有第一滤光片315，第三凸透镜314位于第二凸透镜313面向接口盘301的一侧。本实施例的接收光组件306包括依次设置的第四凸透镜316、第五凸透镜317和PD传感器318，第四凸透镜316和第五凸透镜317 之间设有第二滤光片319，第四凸透镜316位于第五凸透镜317面向接口盘301的一侧。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (11)
1.一种PCR荧光检测温控系统，其特征在于：包括升降温模块和热盖组件；
所述升降温模块包括底板和试剂管座组件；所述试剂管座组件包括试剂管座，所述试剂管座的顶面设有反应座，所述反应座内设有反应腔，所述试剂管座的底面设有用于控制所述反应腔内的温度升降循环的温控组件；所述底板上设有用于压紧固定所述试剂管座的压紧组件；
所述热盖组件包括固定板和可盖在所述固定板上的热盖；所述固定板上设有反应区，所述反应区内与所述反应座内一一对应设有反应通孔，所述反应座位于对应的所述反应通孔内，所述底板位于所述固定板下方；所述热盖上与所述反应区对应设有加热装置。
2.根据权利要求1所述的PCR荧光检测温控系统，其特征在于：所述反应座的外侧壁上设有光纤连接座，所述光纤连接座上设有两个分别用于与光纤连接的连接口，所述连接口与所述反应腔相连通。
3.根据权利要求1所述的PCR荧光检测温控系统，其特征在于：所述底板上设有光纤固定板，所述光纤固定板上设有用于限位光纤的固定板限位槽，且所述光纤固定板上安装有用于将光纤压紧固定在所述固定板限位槽内的光纤压板。
4.根据权利要求3所述的PCR荧光检测温控系统，其特征在于：所述试剂管座的两侧分别设有台阶面，所述压紧组件包括分别位于所述试剂管座两侧的管座压板，所述管座压板与所述底板固定连接并压在对应的所述台阶面上；位于所述光纤固定板与所述试剂管座之间的所述管座压板上设有用于限位光纤的压板限位槽，所述压板限位槽与所述固定板限位槽对应设置，且对应的所述压板限位槽与所述固定板限位槽位移同一条直线上。
5.根据权利要求1所述的PCR荧光检测温控系统，其特征在于：所述试剂管座的顶面上间隔设有多个所述反应座，所述反应座成一维线性阵列设置在所述试剂管座顶面上；所述试剂管座内设有热敏电阻，所述热敏电阻位于相邻两个所述反应座之间。
6.根据权利要求1-5任一项所述的PCR荧光检测温控系统，其特征在于：所述温控组件包括用于控制温度升降的温控元件，所述温控元件的上下两侧面上分别设有第一导热层和第二导热层；所述温控元件采用半导体制冷器；所述第一导热层和第二导热层均采用石墨烯制成。
7.根据权利要求1-5任一项所述的PCR荧光检测温控系统，其特征在于：所述升降温模块包括散热组件，所述散热组件包括中间风道，所述中间风道的两侧分别设有与其相连通的侧风道，两个所述侧风道上分别设有所述升降温模块和热盖组件，所述底板和固定板安装在对应的所述侧风道上；所述中间风道的两侧壁上分别设有与两个侧风道相连通的连通孔，且所述中间风道内设有位于两个所述连通孔之间的隔板。
8.根据权利要求1所述的PCR荧光检测温控系统，其特征在于：所述反应区的四周设有用于与所述加热装置接触配合的隔热板。
9.根据权利要求1所述的PCR荧光检测温控系统，其特征在于：所述热盖上设有用于安装加热装置的加热安装槽，所述加热装置安装在所述加热安装槽内，且所述加热装置与所述加热安装槽的槽底之间设有柔性弹性元件。
10.根据权利要求1所述的PCR荧光检测温控系统，其特征在于：所述固定板的底面上设有保温棉，所述保温棉上与所述反应通孔一一对应设有用于反应座通过的保温通孔。
11.根据权利要求1-4任一项所述的PCR荧光检测温控系统，其特征在于：所述热盖的连接端与所述固定板之间铰接连接，所述热盖与所述连接端相对的开闭端与所述固定板之间设有锁扣；所述热盖的开闭端和/或所述固定板设有锁扣的一端设有电磁铁。
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