CN114181819A - 一种pcr检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PCR检测装置，属于生物医学检测技术领域，能够解决现有PCR检测装置功耗大、成本高的问题。所述检测装置包括：底板和设置在底板上的横移模块、竖移模块、样品模块、第一恒温加热模块和第二恒温加热模块；横移模块与底板连接；竖移模块与横移模块的滑块连接；样品模块与竖移模块的滑块连接；样品模块用于固定反应管，反应管中容置有待测样品；第一恒温加热模块和第二恒温加热模块中均设置有加热槽；横移模块用于带动竖移模块和样品模块在水平方向上移动；竖移模块用于带动样品模块在竖直方向上移动；第一恒温加热模块的加热温度大于第二恒温加热模块的加热温度。本发明用于病毒检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种PCR检测装置，属于生物医学检测技术领域。
背景技术
聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)仪是分子诊断领 域应用最为广泛的一种仪器。目前市面上的PCR仪大都采用半导体加热 制冷温控系统实现控温，具有温控精度高、响应速度快等优点，但为了实 现快速高低温切换，半导体加热制冷温控系统需要频繁地快速加热和制 冷，从而导致整体仪器功耗很高，而且成本很高，市面上一台性能优良的 PCR仪价格都在十万以上，这极大地限制了PCR仪在全球范围内尤其是 偏远落后地区的推广和使用。
发明内容
本发明提供了一种PCR检测装置，能够解决现有PCR检测装置功耗 大、成本高的问题。
本发明提供了一种PCR检测装置，包括：底板和设置在所述底板上 的横移模块、竖移模块、样品模块、第一恒温加热模块和第二恒温加热模 块；所述横移模块与所述底板连接；所述竖移模块与所述横移模块的滑块 连接；所述样品模块与所述竖移模块的滑块连接；所述样品模块用于固定 反应管，所述反应管中容置有待测样品；所述第一恒温加热模块和所述第 二恒温加热模块中均设置有加热槽；所述横移模块用于带动所述竖移模块 和所述样品模块在水平方向上移动，以使所述反应管从所述第一恒温加热 模块的加热槽的正上方移至所述第二恒温加热模块的加热槽的正上方，或 者从所述第二恒温加热模块的加热槽的正上方移至所述第一恒温加热模 块的加热槽的正上方；所述竖移模块用于带动所述样品模块在竖直方向上 移动，以使所述反应管移入所述第一恒温加热模块或第二恒温加热模块的 加热槽中，或者从所述第一恒温加热模块或第二恒温加热模块的加热槽中移出；所述第一恒温加热模块的加热温度大于所述第二恒温加热模块的加 热温度。
可选的，还包括控制模块，所述控制模块与所述横移模块和所述竖移 模块均连接，所述控制模块用于控制所述横移模块和所述竖移模块的运动 轨迹。
可选的，所述横移模块为横移微型滑台；所述竖移模块为竖移微型滑 台。
可选的，所述控制模块与所述样品模块连接；所述样品模块包括加样 板和加热单元；所述加样板与所述加热单元连接，所述加热单元与所述竖 移模块连接；所述加样板上设置有多个孔位，所述孔位用于放置所述反应 管；所述加热单元位于所述加样板上方，所述加热单元用于对所述反应管 顶部进行加热。
可选的，所述加热单元包括第一导热块、第一加热片和第一保温壳； 所述第一加热片设置在所述第一导热块和所述第一保温壳之间，所述第一 导热块紧贴所述加样板上的反应管顶部；所述第一导热块和所述第一保温 壳均与所述竖移模块连接；所述第一导热块用于将所述第一加热片产生的 热量传导至所述反应管中；所述样品模块还包括第一传感器；所述第一传 感器用于检测所述第一导热块的温度；所述控制模块还用于根据所述第一 传感器检测的温度控制所述第一加热片的加热温度。
可选的，所述第一传感器为贴片式PT100温度传感器。
可选的，所述第一导热块为铝块；所述第一加热片为陶瓷加热片；所 述第一保温壳为保温棉。
可选的，所述装置还包括滑台支架，所述滑台支架用于通过螺钉将所 述竖移模块固定到所述横移模块的滑块上。
可选的，所述装置还包括L形横移支架，所述L形横移支架包括第一 固定部和连接在所述第一固定部一端的第二固定部，所述第一固定部与所 述第二固定部垂直，所述第一固定部通过螺钉固定在所述竖移模块的滑块 上；所述第二固定部插入所述第一保温壳和所述第一导热块之间，且所述 第二固定部、所述第一保温壳和所述第一导热块通过螺钉连接。
可选的，所述样品模块还包括设置在所述加样板相对两侧边上的两条 导轨，所述导轨上设置有第一滑块；所述第一滑块可沿所述导轨滑动；所 述加样板通过所述导轨上的所述第一滑块与所述第一保温壳连接。
可选的，所述第一恒温加热模块和所述第二恒温加热模块均包括顶端 开口的第二保温壳和设置在所述第二保温壳内、且沿第一方向紧贴排布的 第一保温件、第二导热块、第二加热片、第三导热块、第三加热片、第四 导热块和第二保温件；所述第三导热块用于将所述第二加热片和所述第三 加热片产生的热量传导至所述反应管中；所述加热槽为多个，多个所述加 热槽均设置在所述第三导热块远离所述第二保温壳底面的表面上，且多个 所述加热槽沿垂直于所述第一方向的方向排布。
可选的，所述第二导热块、所述第三导热块和所述第四导热块均为铝 块；所述第二加热片和所述第三加热片均为陶瓷加热片；所述第一保温件 和所述第二保温件均为保温棉。
可选的，所述第一恒温加热模块和所述第二恒温加热模块均包括第二 传感器，所述第二传感器用于检测所述第三导热块的温度；所述控制模块 还用于根据所述第二传感器检测的温度控制所述第二加热片和所述第三 加热片的加热温度。
可选的，所述第二传感器为螺纹式PT100温度传感器；所述第三导热 块上设置有螺纹孔；所述螺纹式PT100温度传感器可通过所述螺纹孔与所 述第三导热块螺纹连接。
可选的，所述加热槽形状与所述反应管底部形状相匹配。
可选的，所述加热槽为锥形槽。
可选的，所述第一恒温加热模块的加热温度为70℃～99℃；所述第二 恒温加热模块的加热温度为40℃～65℃。
本发明能产生的有益效果包括：
本发明提供的PCR检测装置，通过横移模块与竖移模块的快速精确 移动带动PCR反应管在第一恒温加热模块和第二恒温加热模块之间移动， 并且通过PCR反应管与加热槽之间紧密贴合以使管内样品快速达到所设 定温度，从而实现了PCR反应管内样品在高低温度之间的快速切换；由 于不需要现有技术中的半导体加热制冷温控系统，因而减小了检测装置的 功耗，降低了检测装置的成本；在保持PCR效果的同时极大地简化了传 统PCR仪的复杂程度，因此有利于PCR仪大范围内推广和使用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的PCR检测装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的第一恒温加热模块和第二恒温加热模块结 构示意图；
图3为本发明实施例提供的PCR检测装置对商品化试剂盒进行PCR 后的荧光信号比对图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
本发明实施例提供了一种PCR检测装置，参考图1所示，所述检测 装置包括：底板1和设置在底板1上的横移模块2、竖移模块4、样品模 块、第一恒温加热模块12和第二恒温加热模块13；横移模块2、第一恒 温加热模块12和第二恒温加热模块13均通过螺钉与底板1连接；竖移模 块4与横移模块2的滑块连接；样品模块与竖移模块4的滑块连接；样品 模块用于固定反应管，反应管中容置有待测样品；第一恒温加热模块12 和第二恒温加热模块13中均设置有加热槽；横移模块2用于带动竖移模 块4和样品模块在水平方向上移动，以使反应管从第一恒温加热模块12 的加热槽的正上方移至第二恒温加热模块13的加热槽的正上方，或者从 第二恒温加热模块13的加热槽的正上方移至第一恒温加热模块12的加热 槽的正上方；竖移模块4用于带动样品模块在竖直方向上移动，以使反应 管移入第一恒温加热模块12或第二恒温加热模块13的加热槽中，或者从 第一恒温加热模块12或第二恒温加热模块13的加热槽中移出；第一恒温 加热模块12的加热温度大于第二恒温加热模块13的加热温度。其中，第 一恒温加热模块12的加热温度可以为70℃～99℃；第二恒温加热模块13的加热温度可以为40℃～65℃。
本发明实施例对于横移模块2和竖移模块4的具体结构不做限定，只 要横移模块2能够实现水平方向上的精准移动，竖移模块4能够实现竖直 方向上的精准移动即可。在实际应用中，横移模块2可以为横移微型滑台； 竖移模块4可以为竖移微型滑台。
在本发明实施例中，可以设置加热槽形状与反应管底部形状相匹配， 这样利于反应管内待测样品快速升温或降温。优选的，加热槽为锥形槽。
本发明实施例巧妙地利用横移微型滑台与竖移微型滑台的快速精确 移动带动样品模块中的PCR反应管在高温度的第一恒温加热模块12和低 温度的第二恒温加热模块13之间移动，并且通过PCR反应管与加热槽之 间紧密贴合实现管内样品快速达到所设定温度，从而实现PCR反应管内 样品在高低温度之间快速切换。由于本发明结构简单、体积小、成本低， 而且不需要像半导体加热制冷温控系统频繁地快速加热和制冷，因此功率 也大幅度降低。
进一步的，所述检测装置还包括控制模块，控制模块与横移模块2和 竖移模块4均连接，控制模块用于控制横移模块2和竖移模块4的运动轨 迹。
在本发明实施例中，控制模块与样品模块连接；样品模块包括加样板 10和加热单元；加样板10与加热单元连接，加热单元与竖移模块4连接； 加样板10上设置有多个孔位，孔位用于放置反应管；加热单元位于加样 板10上方，加热单元用于对反应管顶部进行加热。
具体的，加热单元包括第一导热块9、第一加热片8和第一保温壳6； 第一加热片8设置在第一导热块9和第一保温壳6之间，第一导热块9紧 贴加样板10上的反应管顶部；第一导热块9和第一保温壳6均与竖移模 块4连接；第一导热块9用于将第一加热片8产生的热量传导至反应管中； 样品模块还包括第一传感器7；第一传感器7用于检测第一导热块9的温 度；控制模块还用于根据第一传感器7检测的温度控制第一加热片8的加 热温度；其中，第一传感器7可以为贴片式PT100温度传感器；第一导热 块9可以为铝块；第一加热片8可以为陶瓷加热片；第一保温壳6可以为 保温棉。
进一步的，检测装置还包括滑台支架3，滑台支架3用于通过螺钉将 竖移模块4固定到横移模块2的滑块上；检测装置还包括L形横移支架5， L形横移支架5包括第一固定部和连接在第一固定部一端的第二固定部， 第一固定部与第二固定部垂直，第一固定部通过螺钉固定在竖移模块4的 滑块上；第二固定部插入第一保温壳6和第一导热块9之间，且第二固定 部、第一保温壳6和第一导热块9通过螺钉连接。
样品模块还包括设置在加样板10相对两侧边上的两条导轨11，导轨 11上设置有第一滑块；第一滑块可沿导轨11滑动；加样板10通过导轨 11上的第一滑块与第一保温壳6连接。具体的，第一滑块与第一保温壳6 可以通过螺钉固定；导轨11与加样板10也可以通过螺钉固定，
参考图2所示，在本发明实施例中，第一恒温加热模块12和第二恒 温加热模块13均包括顶端开口的第二保温壳14和设置在第二保温壳14 内、且沿第一方向紧贴排布的第一保温件15、第二导热块16、第二加热 片17、第三导热块18、第三加热片19、第四导热块20和第二保温件21； 第三导热块18用于将第二加热片17和第三加热片19产生的热量传导至反应管中；加热槽为多个，多个加热槽均设置在第三导热块18远离第二 保温壳14底面的表面上，且多个加热槽沿垂直于第一方向的方向排布； 其中，第二导热块16、第三导热块18和第四导热块20可以均为铝块；第 二加热片17和第三加热片19可以均为陶瓷加热片；第一保温件15和第 二保温件21可以均为保温棉。
进一步的，第一恒温加热模块12和第二恒温加热模块13均包括第二 传感器22，第二传感器22用于检测第三导热块18的温度；控制模块还用 于根据第二传感器22检测的温度控制第二加热片17和第三加热片19的 加热温度；优选的，第二传感器22为螺纹式PT100温度传感器；第三导 热块18上设置有螺纹孔；螺纹式PT100温度传感器可通过螺纹孔与第三 导热块18螺纹连接。
在上述结构中，横移微型滑台的螺距为1～30mm，行程为0～50mm， 移动速度为1～50mm/s；竖移微型滑台的螺距为1～30mm，行程为0～20 mm，移动速度为1～50mm/s。
第三导热块18上表面开有一排与PCR反应管底部完全配合的锥形 槽，槽的数量为1～10个，锥角为5～30度，深度为5-20mm。
贴片式PT100温度传感器的尺寸为(1.0～3.0)*(1.0～3.0)*(0.5～1.3) mm，测量范围为-50℃～+300℃；螺纹式PT100温度传感器的探头尺寸为 φ(2～6)*(10～30)mm，测温范围为-200℃～+450℃。
第一加热片8、第二加热片17、第三加热片19的尺寸均为(10～100) *(10～20)*(0.5～3)mm，功率为(10～50)W。
第一导热块9温度设置为80～120℃。
加样板10上开有固定PCR反应管的孔位，孔位数量为1～10个，加 样板10通过与导轨滑块连接可以通过推拉的方式将PCR反应管方便快速 地送至第一恒温加热模块12或第二恒温加热模块13的上方。
PCR检测装置的工作流程如下：
1)将加样板10抽出，放置盛有待测样品的PCR反应管于加样板10 上并推回；
2)竖移模块4从初始位置下降至PCR反应管与高温度的第一恒温加 热模块12的第三导热块18锥槽紧密贴合的位置并保持1～10min；
3)PCR反应管在高温度的第一恒温加热模块12中继续保持10～60s 后，PCR反应管抬起，横移模块2带动其移动至低温度的第二恒温加热模 块13上方。
4)竖移模块4下降至PCR反应管与低温度的第二恒温加热模块13 的第三导热块18锥槽紧密贴合的位置并保持50～100s后，PCR反应管抬 起，横移模块2移动至初始位置，完成PCR反应的第一个循环。
5)重复步骤3)、4)完成PCR反应的剩余循环，循环总次数为≥30 次。
选取上海伯杰医疗科技有限公司2019新型冠状病毒(ORF1ab/N基因) 核酸检测试剂盒(双重荧光PCR法)，采用试剂盒内阳性对照(含有目 的检测基因片段的质粒)和阴性对照进行比对试验，按照试剂盒说明书配 制好溶液，采用Eppendorf Mastercycler PCR仪设置95摄氏度5分钟预变 性，然后95摄氏度10秒，55摄氏度40秒，往复30个PCR循环后，冷 却溶液，置于酶标仪读数，阳性(POS)在520nm附近呈现约19000的 信号值，而阴性(NEG)仅约2800，明显弱于阳性。
采用本发明的PCR检测装置，采用同样的配置好的溶液，同样设置 反应管在95摄氏度的第一恒温加热模块12的加热槽中进行5分钟预变性， 然后在95摄氏度的第一恒温加热模块12的加热槽中加热10秒，在55摄 氏度的第二恒温加热模块13的加热槽中加热40秒，往复30个PCR循环 后，冷却溶液，置于酶标仪读数，如图3所示，阳性(POS)在520nm附 近呈现约18000的信号值，而阴性(NEG)仅约3200，明显弱于阳性。
由上可知，本发明提供的PCR检测装置实现了与现有商用PCR仪同 样的检测能力，但由于不需要现有技术中的半导体加热制冷温控系统，因 而极大地简化了传统PCR仪的复杂程度，减小了检测装置的功耗，降低 了检测装置的成本；因此有利于PCR仪大范围内推广和使用。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限 制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何 熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭 示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术 方案范围内。
Claims (10)
1.一种PCR检测装置，其特征在于，包括：
底板和设置在所述底板上的横移模块、竖移模块、样品模块、第一恒温加热模块和第二恒温加热模块；所述横移模块与所述底板连接；所述竖移模块与所述横移模块的滑块连接；所述样品模块与所述竖移模块的滑块连接；
所述样品模块用于固定反应管，所述反应管中容置有待测样品；所述第一恒温加热模块和所述第二恒温加热模块中均设置有加热槽；
所述横移模块用于带动所述竖移模块和所述样品模块在水平方向上移动，以使所述反应管从所述第一恒温加热模块的加热槽的正上方移至所述第二恒温加热模块的加热槽的正上方，或者从所述第二恒温加热模块的加热槽的正上方移至所述第一恒温加热模块的加热槽的正上方；
所述竖移模块用于带动所述样品模块在竖直方向上移动，以使所述反应管移入所述第一恒温加热模块或第二恒温加热模块的加热槽中，或者从所述第一恒温加热模块或第二恒温加热模块的加热槽中移出；
所述第一恒温加热模块的加热温度大于所述第二恒温加热模块的加热温度。
2.根据权利要求1所述的PCR检测装置，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块与所述横移模块和所述竖移模块均连接，所述控制模块用于控制所述横移模块和所述竖移模块的运动轨迹；
优选的，所述横移模块为横移微型滑台；所述竖移模块为竖移微型滑台。
3.根据权利要求2所述的PCR检测装置，其特征在于，所述控制模块与所述样品模块连接；
所述样品模块包括加样板和加热单元；所述加样板与所述加热单元连接，所述加热单元与所述竖移模块连接；
所述加样板上设置有多个孔位，所述孔位用于放置所述反应管；
所述加热单元位于所述加样板上方，所述加热单元用于对所述反应管顶部进行加热。
4.根据权利要求3所述的PCR检测装置，其特征在于，所述加热单元包括第一导热块、第一加热片和第一保温壳；
所述第一加热片设置在所述第一导热块和所述第一保温壳之间，所述第一导热块紧贴所述加样板上的反应管顶部；所述第一导热块和所述第一保温壳均与所述竖移模块连接；
所述第一导热块用于将所述第一加热片产生的热量传导至所述反应管中；
所述样品模块还包括第一传感器；所述第一传感器用于检测所述第一导热块的温度；所述控制模块还用于根据所述第一传感器检测的温度控制所述第一加热片的加热温度；
优选的，所述第一传感器为贴片式PT100温度传感器；
优选的，所述第一导热块为铝块；所述第一加热片为陶瓷加热片；所述第一保温壳为保温棉。
5.根据权利要求4所述的PCR检测装置，其特征在于，所述装置还包括滑台支架，所述滑台支架用于通过螺钉将所述竖移模块固定到所述横移模块的滑块上；
优选的，所述装置还包括L形横移支架，所述L形横移支架包括第一固定部和连接在所述第一固定部一端的第二固定部，所述第一固定部与所述第二固定部垂直，所述第一固定部通过螺钉固定在所述竖移模块的滑块上；所述第二固定部插入所述第一保温壳和所述第一导热块之间，且所述第二固定部、所述第一保温壳和所述第一导热块通过螺钉连接。
6.根据权利要求4或5所述的PCR检测装置，其特征在于，所述样品模块还包括设置在所述加样板相对两侧边上的两条导轨，所述导轨上设置有第一滑块；所述第一滑块可沿所述导轨滑动；
所述加样板通过所述导轨上的所述第一滑块与所述第一保温壳连接。
7.根据权利要求1所述的PCR检测装置，其特征在于，所述第一恒温加热模块和所述第二恒温加热模块均包括顶端开口的第二保温壳和设置在所述第二保温壳内、且沿第一方向紧贴排布的第一保温件、第二导热块、第二加热片、第三导热块、第三加热片、第四导热块和第二保温件；
所述第三导热块用于将所述第二加热片和所述第三加热片产生的热量传导至所述反应管中；
所述加热槽为多个，多个所述加热槽均设置在所述第三导热块远离所述第二保温壳底面的表面上，且多个所述加热槽沿垂直于所述第一方向的方向排布；
优选的，所述第二导热块、所述第三导热块和所述第四导热块均为铝块；所述第二加热片和所述第三加热片均为陶瓷加热片；所述第一保温件和所述第二保温件均为保温棉。
8.根据权利要求7所述的PCR检测装置，其特征在于，所述第一恒温加热模块和所述第二恒温加热模块均包括第二传感器，所述第二传感器用于检测所述第三导热块的温度；所述控制模块还用于根据所述第二传感器检测的温度控制所述第二加热片和所述第三加热片的加热温度；
优选的，所述第二传感器为螺纹式PT100温度传感器；所述第三导热块上设置有螺纹孔；所述螺纹式PT100温度传感器可通过所述螺纹孔与所述第三导热块螺纹连接。
9.根据权利要求1或7所述的PCR检测装置，其特征在于，所述加热槽形状与所述反应管底部形状相匹配；
优选的，所述加热槽为锥形槽。
10.根据权利要求6所述的PCR检测装置，其特征在于，所述第一恒温加热模块的加热温度为70℃～99℃；所述第二恒温加热模块的加热温度为40℃～65℃。
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