CN114437918A - 一种核酸检测分析仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核酸检测，具体涉及一种核酸检测分析仪及其检测方法，核酸检测分析仪包括机架、安装在机架上的温控装置、荧光检测装置、热盖装置和试剂管；所述机架包括加样台，所述加样台上开设有插入孔；所述温控装置和荧光检测装置安装在所述底板和加样台之间；所述热盖装置安装在机架上；所述试剂管安装在插入孔上并被热盖装置盖住；所述试剂管的位置与温控装置的位置相适配；所述荧光检测装置的检测位置正对试剂管。本发明场景多、操作要求低、价格适于推广。

Description

一种核酸检测分析仪及其检测方法

技术领域

本发明涉及核酸检测，具体涉及一种核酸检测分析仪及其检测方法。

背景技术

核酸检测技术是一种分子生物学的检测方法，需要先从样本中提取出核酸片段(DNA或RNA)，然后通过聚合酶链式反应对核酸片段进行复制扩增，最后对核酸进行检测，从而确定样本中核酸的具体类别或来源。

核酸检测方法简单易行，应用极为广泛，只需要少量的样本就可以得到一个精确的结果。PCR检测时首先需要进行取样，通常使用拭子将样本收集至采样管中，再从采样管中提取至试剂盒，最后放入仪器中进行反应。在核酸提取和扩增过程中，需要分步骤加入第一试剂、第二试剂等试剂与样本进行混合。

现有的核酸检测方案中一般需要用两个仪器，先用核酸提取仪进行核酸提取过程，并将提取出的核酸手工转移到试剂盒中，在将试剂盒安装到相应的核酸检测分析仪(如QPCR仪)中进行检测。这种方案使用的设备多，人工操作的步骤多，需要专业操作人员，并且需要在特定的环境中进行，以防止交叉污染。整个检测的过程时间也比较长。

目前也有核酸提取工作站，将核酸的提取设备和检测设备通过机械壁连接，以实现核酸的转移过程，从而实现了全自动化。但核酸提取工作站的结构复杂，设备体积大，价格昂贵，也需要专业人员操作。

随着核酸检测需求量的增加，以及核酸检测技术的普及和推广，推出一款应用场景多、操作要求低、价格适于推广的核酸检测分析仪是市场迫切需要的。

发明内容

本发明提供一种核酸检测分析仪及其检测方法，以解决现有仪器操作复杂、应用场景少、结构复杂、成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术手段：

一种核酸检测分析仪，包括机架、安装在机架上的温控装置、荧光检测装置、热盖装置和试剂管，

包括底板和安装在底板上的加样台，所述加样台上开设有插入孔；

所述温控装置和荧光检测装置安装在所述底板和加样台之间；

所述热盖装置安装在机架上；

所述试剂管安装在插入孔上并被热盖装置盖住；

所述试剂管的位置与温控装置的位置相适配(此处所提到的相适配，指的是试剂管安装后试剂管一端位于温控装置内，以温控装置能够对试剂管进行加热为准)；所述荧光检测装置的检测位置正对试剂管(此处所提到的检测位置正对试剂管，以荧光检测装置能够检测试剂管中的粒子为准)；所述荧光检测装置的检测位置正对试剂管。

所述试管被热盖盖住的的一端位于加样台上方、另一端位于加样台的下方，所述荧光检测装置位于试剂管的下方，所述温控装置包括用于对试剂管下端加热的移动平台，所述移动平台位于加样台与荧光检测装置之间。

本发明的工作原理是：

将样本加入试剂管中使样本与第一试剂混合，打开热盖装置，将试剂管放入插入孔中并盖住热盖装置，

对热盖装置加热，

温控装置对试剂管的反应部位进行加热并孵育，将样本中的核酸释放到试剂管中，

将试剂存放管中的第二试剂加入到试剂管中与样本混合，

用温控装置控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物达到第一温度，核酸在第一温度下解链；

用温控装置控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物达到第二温度，核酸在第二温度下复制；

用温控装置控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物在的温度在第一温度和第二温度中循环，直到完成核酸的扩增；

荧光检测装置对试剂管内的核酸进行光学检测。

所述温控装置、荧光检测装置、热盖装置和试剂管的数量均为至少两个，温控装置、荧光检测装置、热盖装置和试剂管一一对应配合。

所述机架还包括底板和安装在底板上的支撑架、外壳，所述加样台安装在支撑架上，所述热盖装置安装在加样台上。

所述温控装置包括驱动组件、导向组件、第一加热组件；所述第一加热组件包括的移动平台，所述移动平台上具有三个以上用于加热的加热槽，所述试剂管的端部位于一加热槽中，所述移动平台在驱动组件的驱动下沿导向组件移动，使得试剂管的端部位于不同的加热槽中。

所述驱动组件包括安装在机架上的温控驱动电机、轴承座、一端与温控驱动电机配合连接、另一端与轴承座配合连接的丝杠、与丝杠配合连接的丝杠螺母；所述导向组件包括安装在机架上的两根导轨；所述第一加热组件的所述移动平台安装在丝杠螺母上，并安装有与导轨滑动配合连接的滑块。

所述加热槽的数量为四个，四个所述加热槽与导轨平行布置，每个所述加热槽中均安装有陶瓷加热片和与陶瓷加热片紧抵的导热铜片，每个所述加热槽中的导热铜片数量为两块，两块所述导热铜片之间具有用于试剂管通过的间隙，所述导热铜片与试剂管的外壁相贴；

四个所述加热槽中的温度包括用于聚合酶链式反应的第一目标温度和第二目标温度、用于过渡的第一过渡温度和第二过渡温度，所述第一过渡温度、第一目标温度、第二目标温度、第二过渡温度的数值依次降低。

所述移动平台是隔热材料；所述移动平台由两块相互连接的隔热板安装而成；所述温控驱动电机为步进电机；所述移动平台上安装有触发件，所述机架上安装有感应开关，所述触发件和感应开关的位置相适配；或者所述机架上安装有触发件，所述移动平台上安装有感应开关，所述触发件和感应开关的位置相适配(此处提到的相适配指的是触发件和感应开关相对运动能够使得控制感应开关被触发)。

所述热盖装置包括盖壳、安装在盖壳上的第二加热组件；所述第二加热组件包括导热板和与导热板接触的加热元件，所述导热板的下表面具有向下突出的环状凸台，所述环状凸台的形状与试剂管的端部相适配(此处所提到的相适配，指的是环状凸台能够围住试剂管的端部，使得加热空间罩住试剂管的端部)，所述环状凸台的内壁与导热板的下表面围成用于对试剂管的端部加热的加热空间。

所述热盖装置还包括安装在盖壳上导向结构，所述导向结构包括导向板、安装在导向板下表面上的导向轴、第一弹性件，并且第一弹性件位于导热板和导向板之间；所述导热板上开设有导向孔，所述导向孔与导向轴配合连接。

所述第二加热组件的所述导热板上开设有第一顶杆过孔，所述导向板开设有第二顶杆过孔和腰型孔，所述顶杆结构的端部穿过第一顶杆过孔和第二顶杆过孔并位于加热空间中。

所述盖壳包括上盖壳和与上盖壳配合连接的下盖壳，所述上盖壳和下盖壳均为中空结构，所述上盖壳上端封口，所述下盖壳的内壁上具有第一安装台阶和第二安装台阶；所述导向结构的导向板安装在第一台阶上，所述第二加热组件的导热板位于第二台阶上。

所述热盖装置还包括顶杆结构，所述顶杆结构包括安装在盖壳上的顶杆安装架、安装在顶杆安装架上的顶杆驱动件、滑动设置在顶杆安装架上并与顶杆驱动件配合连接的顶杆，所述驱动件可驱动所述顶杆的端部进入加热空间中。

所述顶杆驱动件是直线电机，所述顶杆安装架上安装有直线轴承，所述顶杆安装在直线轴承上；所述顶杆的中部开设有第三凹槽，所述第三凹槽与直线电机的滑块配合连接；所述顶杆的端部具有顶杆凸台。(所述顶杆凸台用于刺破与试剂存放管位置对应的位置的密封膜，并与试剂存放管顶部的第一凹槽配合连接，以保证试剂存放管垂直向下受力，从而推动试剂存放管向下运动。)

所述试剂管包括管盖和反应管，所述管盖上开设有加样孔和加试剂孔；所述加试剂孔中安装有试剂存放管，所述试剂存放管中装有第二试剂，所述管盖上具有用于密封加样孔和加试剂孔的密封膜；所述反应管内具有反应腔体；所述管盖和反应管配合连接使反应腔体处于密封状态。

所述试剂存放管活动安装在管盖的加试剂孔中。

所述试剂存放管为管状，所述试剂存放管一端封闭，另一端开口；所述试剂存放管的开口端具有斜刃，封闭端设有第一凹槽。

所述试剂存放管中还具有重力球，所述第二试剂为冻干球，所述重力球置于冻干球上方。

所述重力球为一个表面光滑的固体，由高分子材料制成。

所述反应管中具有第一试剂，所述反应管的下半部具有透明的检测窗口；所述检测窗位于反应管的底部。

所述加样孔的两端开口、加试剂孔的两端开口均具有密封膜，所述加样孔和试剂孔均为圆形通孔。

所述加样台上开设有试剂管定位槽，所述管盖的横截面为圆形或者方形，所述管盖的外壁上设有第一凸起，所述第一凸起与试剂管定位槽相适配(此处提到的相适配，指的是第一凸起能够与试剂管定位槽配合，能够对试剂管定位)；所述加样孔中固定有橡胶密封塞；所述反应管的下半部为扁平状。

所述反应管的上半部横截面为圆形或矩形，所述反应管的上半部与管盖配合连接，所述反应管开口处设有密封膜使得加样孔和加试剂孔的一端密封，所述管盖的上表面上设有密封膜使得加样孔和加试剂孔的另一端密封。圆形或矩形便于加工，并且方便取放，另外，圆形的管壁能够保证厚度均匀，有利于通过加热保证反应管内部的温度稳定在目标值。这种结构上部较宽，能够保证试剂和样本充分接触和反应，并且保证冻干球的溶解，下部结构较窄保证导热速度和PCR扩增速度。

一种核酸检测分析仪的检测方法，其特征在于：所述核酸检测仪包括机架、安装在机架上的温控装置、荧光检测装置、热盖装置和试剂管，

所述机架包括底板和安装在底板上的支撑架、外壳、安装在支撑架上的加样台，所述加样台上开设有插入孔；

所述温控装置和荧光检测装置安装在所述底板和加样台之间；

所述热盖装置安装在机架上；

所述试剂管安装在插入孔上并被热盖装置盖住，所述试剂管中具有第一试剂和与第一试剂隔开的试剂存放管，所述试剂存放管中具有第二试剂；

所述试剂管的位置与温控装置的位置相适配；所述荧光检测装置的检测位置正对试剂管；

所述检测方法包括：

步骤一：将样本加入试剂管中使样本与第一试剂混合，打开热盖装置，将试剂管放入插入孔中并盖住热盖装置，

步骤二：温控装置对试剂管的反应部位进行加热并孵育，将样本中的核酸释放到试剂管中，

步骤三：将试剂存放管中的第二试剂加入到试剂管中与样本混合，

步骤四：用温控装置控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物达到第一温度，核酸在第一温度下解链；

步骤五：用温控装置控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物达到第二温度，核酸在第二温度下复制；

步骤六：用温控装置控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物在的温度在第一温度和第二温度中循环，直到完成核酸的扩增；

步骤七：荧光检测装置对试剂管内的核酸进行光学检测。

进一步，还包括步骤A：对热盖装置进行加热；步骤A与步骤六同步进行或者在步骤六之前进行。对热盖加热能够防止试剂盒受热不均、避免出现冷凝现象，可以理解的是，热盖加热与步骤六同步进行或者在步骤六之前进行均能到达该效果，热盖加热完成的时间在步骤四或者步骤四之前效果最好。

本发明的有益效果在于：

本发明直接将样本加入专用的试剂管中，并通过热盖装置将试剂管置于特定的环境中，通过热盖装置和温控装置为试剂管创造反应环境，并且不打开热盖能够实现第二试剂的加入，进而实现整个聚合酶链式反应过程。

由于整个聚合酶链式反应过程全封闭、无污染，无需专用的实验室环境，并且仅需要加样的操作，无需专业的操作人员，故，本发明可应用于各种场景，适用范围广。

本发明的反应过程也比较简单，反应时间短，能够快速得到检测结果，并且本发明设备体积小巧，可实现拎包携带。这些有点都使得本发明适用于床旁检测，进一步提高了本发明的应用范围。

由于本发明各个部分的集成度比较高，并且相互独立，即，一个试剂管、一个热盖装置、一个温控装置和一个光学检测装置在机架上配合使用就能够进行一次完整的检测过程；所以，本发明的结构可根据检测需求来进行扩展，变形成多通道核酸检测分析仪，如图1所示，两个试剂管、两个热盖装置、两个温控装置和两个光学检测装置在机架配合安装，就能够演变为两通量(即同时检测两个样本)的核酸检测分析仪。同理，利用本发明的原理，核酸检测分析仪同时检测的样本数量还可以增加，比如三通道、四通道、八通道等，这使得本发明能够根据不同的需要来灵活的改变检测的通道数量。

附图说明

图1是本发明的外部结构示意图；

图2是本发明各部分位置关系示意图；

图3是本发明内部结构示意图；

图4是温控装置的结构示意图；

图5是温控装置的移动平台的结构示意图；

图6是热盖装置的外部结构示意图；

图7是热盖装置的盖壳的结构示意图；

图8是热盖装置的内部结构示意图；

图9是热盖装置的导热板的结构示意图；

图10是试剂管的结构示意图；

图11是图10的剖视图。

图中标号分别表示：

11-底板，12-加样台，13-支撑架，14-外壳；

2-温控装置，21-温控驱动电机，22-轴承座，23-丝杠，24-丝杠螺母，25-导轨，26-滑块，27-移动平台，28-陶瓷加热片，29-导热铜片，210-触发件，211-感应开关；

3-荧光检测装置；

4-热盖装置，41-盖壳，411-上盖壳，412-下盖壳，413-第一安装台阶，414-第二安装台阶，42-导热板，421-环状凸台，422-传感器安装槽，43-导向板，431-第一弹性件，432-腰型孔，441-顶杆安装架，442-直线电机，443-顶杆，444-直线轴承；

5-试剂管，51-管盖，52-反应管，53-反应腔体，54-试剂存放管，55-橡胶密封塞，56-第一凸起，57-重力球，58-冻干球，59-斜刃，510-第一凹槽；

6-显示屏。

具体实施例

本发明提供一种，以解决现有仪器操作复杂、应用场景少、结构复杂、成本高的问题。

如图1、图2、图3所示，一种核酸检测分析仪，包括机架、安装在机架上的温控装置2、荧光检测装置3、热盖装置4和试剂管5，机架包括底板11和安装在底板上的支撑架13、外壳14、安装在支撑架13上的加样台12，加样台12上开设有插入孔；温控装置2和荧光检测装置3安装在底板11和加样台12之间；热盖装置4安装在机架上；试剂管5安装在插入孔上并被热盖装置4盖住；试剂管5的位置与温控装置2的位置相适配(此处所提到的相适配，指的是试剂管5安装后试剂管的一端位于温控装置中，以温控装置能够控制试剂管内的温度为准)；荧光检测装置3的检测位置正对试剂管5。

在本实施例中，热盖装置4安装在加样台12上。

试剂管被热盖盖住的的一端位于加样台上方、另一端位于加样台的下方，荧光检测装置位于试剂管的下方，温控装置包括用于对试剂管下端加热的移动平台，移动平台位于加样台与荧光检测装置之间。

一种核酸检测分析仪的检测方法，其特征在于：核酸检测仪包括机架、安装在机架上的温控装置2、荧光检测装置3、热盖装置4和试剂管5，

机架包括底板11和安装在底板上的支撑架13、外壳14、安装在支撑架13上的加样台12，加样台12上开设有插入孔；

温控装置2和荧光检测装置3安装在底板11和加样台12之间；

热盖装置4安装在机架上；

试剂管5安装在插入孔上并被热盖装置4盖住，试剂管中具有第一试剂和与第一试剂隔开的试剂存放管54，试剂存放管54中具有第二试剂；

试剂管5的位置与温控装置2的位置相适配(此处所提到的相适配，指的是试剂管5安装后试剂管的一端位于温控装置中，以温控装置能够控制试剂管内的温度为准。)；荧光检测装置3的检测位置正对试剂管5；

检测方法包括：

步骤一：将样本加入试剂管中使样本与第一试剂混合，打开热盖装置4，将试剂管放入插入孔中并盖住热盖装置，

步骤二：温控装置2对试剂管的反应部位进行加热并孵育，将样本中的核酸释放到试剂管中，

步骤三：将试剂存放管中的第二试剂加入到试剂管中与样本混合，

步骤四：用温控装置2控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物达到第一温度，核酸在第一温度下解链；

步骤五：用温控装置2控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物达到第二温度，核酸在第二温度下复制；

步骤六：用温控装置2控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物在的温度在第一温度和第二温度中循环，直到完成核酸的扩增；

步骤七：荧光检测装置3对试剂管5内的核酸进行光学检测。

可在外壳上安装显示屏6，荧光检测装置3将光学检测结果反馈到控制系统，控制系统将光学检测结果输出到显示屏6。

还包括步骤A：对热盖装置进行加热；步骤A与步骤六同步进行或者在步骤六之前进行。对热盖加热能够防止试剂盒受热不均、避免出现冷凝现象，可以理解的是，热盖加热与步骤六同步进行或者在步骤六之前进行均能到达该效果，热盖加热完成的时间在步骤四或者步骤四之前效果最好。

本发明的工作原理是：

将样本加入试剂管中使样本与第一试剂混合，打开热盖装置4，将试剂管放入插入孔中并盖住热盖装置，

对热盖装置加热，

温控装置2对试剂管的反应部位进行加热并孵育，将样本中的核酸释放到试剂管中，

将试剂存放管中的第二试剂加入到试剂管中与样本混合，

用温控装置2控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物达到第一温度，核酸在第一温度下解链；

用温控装置2控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物达到第二温度，核酸在第二温度下复制；

用温控装置2控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物在的温度在第一温度和第二温度中循环，直到完成核酸的扩增；

荧光检测装置3对试剂管5内的核酸进行光学检测；

荧光检测装置3将光学检测结果反馈到控制系统，控制系统将光学检测结果输出到显示屏。

本发明直接将样本加入专用的试剂管中，并通过热盖装置将试剂管置于特定的环境中，通过热盖装置和温控装置2为试剂管创造反应环境，并且不打开热盖能够实现第二试剂的加入，进而实现整个聚合酶链式反应过程。

由于整个聚合酶链式反应过程全封闭、无污染，无需专用的实验室环境，并且仅需要加样的操作，无需专业的操作人员，故，本发明可应用于各种场景，适用范围广。

本发明的反应过程也比较简单，反应时间短，能够快速得到检测结果，并且本发明设备体积小巧，可实现拎包携带。这些有点都使得本发明适用于床旁检测，进一步提高了本发明的应用范围。

由于本发明各个部分的集成度比较高，并且相互独立，即，一个试剂管、一个热盖装置、一个温控装置和一个光学检测装置在机架上配合使用就能够进行一次完整的检测过程；所以，本发明的结构可根据检测需求来进行扩展，变形成多通道核酸检测分析仪，如图1所示，两个试剂管、两个热盖装置、两个温控装置和两个光学检测装置在机架配合安装，就能够演变为两通量(即同时检测两个样本)的核酸检测分析仪。同理，利用本发明的原理，核酸检测分析仪同时检测的样本数量还可以增加，比如三通道、四通道、八通道等，这使得本发明能够根据不同的需要来灵活的改变检测的通道数量。

温控装置

本部分详细说明温控部分的具体结构，以及温控装置如何控制试剂管内的温度。

如图4、图5所示，温控装置2包括驱动组件、导向组件、第一加热组件，

驱动组件包括安装在机架上的温控驱动电机21、轴承座22、一端与温控驱动电机21配合连接、另一端与轴承座22配合连接的丝杠23、与丝杠23配合连接的丝杠螺母24；

导向组件包括安装在机架上的两根导轨25；

第一加热组件包括安装在丝杠螺母24上的移动平台27，移动平台27上安装有与导轨25滑动配合连接的滑块26；

移动平台27上具有四个用于加热的加热槽，四个加热槽与导轨25平行布置，每个加热槽中均安装有陶瓷加热片28和与陶瓷加热片28紧抵的导热铜片29，每个加热槽中的导热铜片29数量为两块，两块导热铜片29之间具有用于试剂管5通过的间隙，导热铜片29与试剂管5的外壁相贴。

四个加热槽中的温度均不相同。四个加热槽中的温度包括用于聚合酶链式反应的第一目标温度和第二目标温度、用于过渡的第一过渡温度和第二过渡温度，第一过渡温度、第一目标温度、第二目标温度、第二过渡温度的数值依次降低。

移动平台27是隔热材料。移动平台27由两块相互连接的隔热板安装而成。温控驱动电机21为步进电机。

移动平台27上安装有触发件210，机架上安装有感应开关，触发件210和感应开关的位置相适配；或者机架上安装有触发件210，移动平台27上安装有感应开关，触发件210和感应开关的位置相适配(此处提到的相适配指的是触发件210和感应开关相对运动能够使得控制感应开关被触发)。

一种聚合酶链式反应的方法，包括以下步骤：

步骤一：将装有核酸的试剂管置于第一过渡温度中，进行升温；

步骤二：将装有核酸的试剂管置于第一目标温度中，进行解链反应；

步骤三：将解链反应后的试剂管置于第二过渡温度中，进行降温；

步骤四：将降温后的试剂管置于第二目标温度中，进行核酸的复制；

步骤五：循环步骤一至步骤四；

步骤六：重复一次步骤一，或者重复一次步骤一至步骤四；

上述步骤中，第一过渡温度、第一目标温度、第二目标温度、第二过渡温度的数值依次降低。

在另一实施例中，一种聚合酶链式反应的方法，包括以下步骤：

步骤一：将装有核酸的试剂管置于第一目标温度中，进行解链反应；

步骤二：将解链反应后的试剂管置于第二过渡温度中，进行降温；

步骤三：将降温后的试剂管置于第二目标温度中，进行核酸的复制；

步骤四：将核酸复制后的试剂管置于第一过渡温度中，进行升温；

步骤五：循环步骤一至步骤四；

步骤六：重复一次步骤一至步骤三，或者重复一次步骤一至步骤四；

上述步骤中，第一过渡温度、第一目标温度、第二目标温度、第二过渡温度的数值依次降低。

第一过渡温度至少比第一目标温度高五摄氏度，第二过渡温度至少比第二目标温度低十摄氏度。

在步骤一中，降温后试剂管内的温度与第二目标温度的差值最多为十摄氏度。

在步骤三中，升温后试剂管内的温度与第一目标温度的差值最多为十摄氏度。

在步骤一中，降温后试剂管内的温度比第二目标温度高最多五摄氏度。

在步骤三中，升温后试剂管内的温度比第一目标温度低最多五摄氏度。

温控装置的工作原理：

将不同的加热槽中的陶瓷加热片28设定为不同的温度，其温度会传导给导热铜片29，使得不同的加热槽中导热铜片29的温度不同。

将试剂管安装在加样台后，试剂管5的一部分位于两块导热铜片29之间的间隙中，铜片和试剂管5会进行热量交换，实现试剂管内的升温或者降温。

本发明的温控驱动电机21转动，带动丝杠23转动，丝杠螺母24会带动移动平台27在导轨25上移动，从而使得试剂管5处于不同的加热槽中，不同加热槽中的温度不同，从而使得试剂管达到不同的温度，实现聚合酶链式反应。

试剂管5固定不动，通过移动平台的往复运动可以实现试剂管5在不同温度的区域进行切换，这种方式试剂管5及其中的试剂保持稳定状态，有利于每次反应的一致性。同时，相比与在同一位置进行加热或者降温，由于试剂管5直接进入另一温区中，稳定变化速度比较快。

加热槽的数量为至少三个，有利于进一步提高温度的变化速度，其具体原理如下：

用于反应的温度有两个，即：第一目标温度用于解链，第二目标温度用于复制。所以至少需要两个加热槽，分别保持在第一目标温度和第二目标温度。由于热传导的速度与温度差相关，当温度差比较小时，特别是在温度即将到达目标温度时，热传导的速度降低很明显，这导致了在温度切换时速度慢，延长了反应所需的时间。由于一个循环过程至少需要进行两次温度切换，整个反应过程需要几十次循环，所以这个问题对整个反应过程的影响很大。

第一目标温度、第二目标温度、第二过渡温度的数值依次降低，当试剂管的温度需要从第一反应温度切换为第二反应温度时，先将试剂管置于第二过渡温度的环境下，使其温度降低到第二反应温度，再将试剂管置于第二反应温度的环境下使其稳定在第二反应温度。加热槽的数量为三个或者以上，就可以将三个加热槽的温度分别设定为第一反应温度、第二反应温度和第二过渡温度，就能实现这个过程。由于第一目标温度与第二过渡温度的温差较大，其热传导速度较快，提高了温度切换的速度，从而缩短了反应的时间。

同理，当试剂管的温度需要从第二反应温度切换为第一反应温度时，先将试剂管置于第一过渡温度的环境下，使其温度升高到第一反应温度，在将试剂管置于第一反应温度的环境下使其稳定在第一反应温度中。

本实施例中具有四个加热槽，四个加热槽中的温度分别为：第一反应温度、第二反应温度、第一过渡温度和第二过渡温度。通过上述变温方法可实现快速的变温并进行多次循环。

以两个导热铜片29对试剂管的两侧进行加热或者降温，这种方式也能够提高变温的速度。

移动平台27是隔热材料，使试剂管只通过导热铜片进行热交换，能够提高变温速度，同时有利于保持加热槽中的温度稳定。

导热铜片与试剂管相贴使得导热铜片的热量直接传导到试剂管上，避免了空气传导带来的速度慢和热量损失大的问题。

温控驱动电机是步进电机，能够通过温控驱动电机来控制移动平台的移动距离；触发件210能够准确的反馈移动平台的位置，从而将移动平台定位到初始位置。

不同的加热槽独立设置，加热槽之间不会传热，试剂管与加热槽之间也是独立设置，状态稳定，不会产生污染，维护简单，甚至无需维护。

本发明的温控装置结构紧凑、体积小。

轴承座22、温控驱动电机21、丝杠23和导轨25均安装在加样台12下表面上。这种安装方式能够节约空间，并且试剂管和导轨25、丝杠23均以加样台12为定位基准，能够便于提高三者之间的相对位置精度。

本实施例移动平台的运动方式是：电机带动丝杠22转动，在通过丝杠螺母带动移动平台27直线运动。也可以采用其他的方式，比如用丝杆电机或者直线电机直接带动移动平台在导轨25上滑动。

支撑架13是铝制品，支撑架13的中心镂空。

铝制品的强度好，重量轻，中心镂空能够进一步降低其重量。

热盖装置

本部分详细说明热盖的具体结构、热盖的作用、以及热盖在仪器自动化中的作用。

如图6、图7、图8、图9所示，热盖装置4包括盖壳41、安装在盖壳41上的第二加热组件、导向结构、顶杆结构。

盖壳41包括上盖壳411和与上盖壳411配合连接的下盖壳412，上盖壳411和下盖壳412均为中空结构，上盖壳411上端封口，下盖壳412的内壁上具有第一安装台阶413和第二安装台阶414。

第二加热组件包括导热板42和与导热板42接触的加热元件，导热板上开设有第一顶杆过孔，导热板42的下表面具有向下突出的环状凸台421，环状凸台421的形状与试剂管的端部相适配(此处所提到的相适配，指的是环状凸台421能够围住试剂管的端部，使得加热空间罩住试剂管的端部)，环状凸台421的内壁与导热板42的下表面围成用于对试剂管的端部加热的加热空间；

第二加热组件包括导热板42和与导热板42接触的加热元件，导热板上开设有第一顶杆过孔，导热板42的下表面上开设有第四凹槽、形成用于对试剂管的端部加热的加热空间，第四凹槽的形状与试剂管的端部相适配。(此处所提到的相适配，指的是第四凹槽能够围住试剂管的端部，使得加热空间罩住试剂管的端部。)

导热板42上开设有三个导向孔；

导热板42上开设有传感器安装槽422，传感器安装槽中安装有温度传感器；

加热元件是PI加热膜，加热元件粘贴在导热板42的上表面上；

导向结构包括导向板43、安装在导向板43下表面上的三根导向轴、套设在导向轴上的第一弹性件431，导向板43开设有第二顶杆过孔和腰型孔432，

腰型孔432用于过线，加热膜和温度传感器均需要线路连接。

导向轴采用不锈钢材质，为了保证运动顺畅，其表面的粗糙度极低，导向轴的末端是凹槽，便于用卡簧固定限位。

顶杆结构包括安装在导向板43上的顶杆安装架441、安装在顶杆安装架441上的直线电机442、滑动设置在顶杆安装架441上并与直线电机442的滑块配合连接的顶杆443；

顶杆441安装架上安装有直线轴承444，顶杆443安装在直线轴承444上；

顶杆的中部开设有第三凹槽，第三凹槽与直线电机的滑块配合连接。

顶杆的端部具有顶杆凸台。(顶杆凸台用于刺破与试剂存放管位置对应的位置的密封膜，并与试剂存放管顶部的第一凹槽510配合连接，以保证试剂存放管垂直向下受力，从而推动试剂存放管向下运动。)

导向结构的导向板43安装在第一台阶413上，第二加热组件的导热板42位于第二台阶414上，导热板42上的导向孔与导向轴配合连接，并且第一弹性件431位于导热板42和导向板43之间，顶杆443的端部穿过第一顶杆过孔和第二顶杆过孔并位于加热空间中。

热盖装置的原理在于：

将试剂管安装在加样台上，将热盖盖在试剂管的上，使得试剂管被罩在机内，并且其一端位于加热空间中。具体过程为：当导热板42的下表面与试剂管32的端部接触时，导热板42会受到反作用力，从而导热板42沿导向轴朝向导向板43运动，第一弹性件431被压缩，直到热盖到达指定位置。由于第一弹性件处于压缩状态，弹力推动导热板42压紧试剂管，保证试剂管5定位在指定的位置，以便对试剂管5进行加热、反应和检测。热盖与加样台之间采用常用的能够打开和闭合的方式，比如采用卡扣或者磁吸等方式保证热盖盖在加样台上。

热盖到达指定位置后，加热元件升温对导热板42加热，使加热空间保持在所需的温度。一方面在该温度下样本能够反应，使样本中和核酸暴露出来，另一方面，由于整个试剂管都处于较高温度的环境下，能够有效的避免冷凝现象。加热空间温度通过第一温度传感器来反馈，一般加热空间的温度保持在90-110摄氏度，防止冷凝的效果比较好。

需要加入第二试剂时，直线电机442运动驱动顶杆443在直线轴承444中滑动，顶杆凸台会刺破与试剂存放管位置对应的位置的密封膜，并推动试剂存放管向下运动，使得第二试剂向下运动至反应液中；然后顶杆443回到原位。

检测完成后将热盖打开，并将试剂管取出即完成了整个检测过程。

热盖装置的有益效果在于：

由于具有用于罩住试剂管端部的导热板42，并且导热板42能够加热，保证了试剂管5能够进行扩增反应和光学检测，同时其不会由于受热不均而出现冷凝的现象。

由于导热板42能够滑动，并且在第一弹性件的弹力作用下压紧试剂管，能够对试剂管进行压紧，保证试剂管的另一端位于温控装置2内，并且与荧光检测装置3紧抵，从而为后续反应和检测提供保障。同时，由于导热板42能够滑动，能够适应不同高度的试剂管，保证不同高度的试剂管都能够被压紧，这一结构极大的降低了试剂管和加热板的加工精度要求。

由于热盖装置中具有顶杆，并且顶杆443能够往复运动将密封膜刺穿，实现了推动试剂存放管运动和第二试剂的加入，此过程无需手工操作，完全由仪器完成，并且无需打开热盖，彻底解决了样本在反应过程中被污染的问题，并且整个反应过程均在一个稳定的环境中进行，有利于反应的稳定性和检测结果的准确性。

核酸检测分析仪本就需要设置一个盖子，用于将试剂管或者样本加入到仪器内部，本发明将试剂管的压紧装置、加热装置和第二试剂的自动加入装置都集成到盖子上，极大的节约了空间、简化了仪器结构、简化了操作步骤，从而提高了用户的使用体验。

由于热盖装置内部的结构较多，将盖壳41分为两部分有利于热盖装置内部结构的安装。

第一安装台阶413和第二安装台阶414的加工难度较小，并且在第一安装台阶413和第二安装台阶414上其余结构的难度比较小。

用环状凸台421或者第四凹槽的方式来产生加热空间，这两种方式加工比较简单，并且不需要安装其他的零件，并且这两种方式都有利于加热元件将热量传导到加热空间中。

采用PI加热膜来加热能够避免在导热板上加工专用于安装加热元件的结构。

导向板43用于安装顶杆结构、并对第二加热组件进行导向。

由于导热板42被导向轴导向，导热板42在导向轴的轴向被第二台阶限位，极大的降低了加工精度要求和安装难度。具体理由是：如果导热板42在导向轴轴向的限位结构设置在导向轴上，需要同时保证导向轴与导向孔的配合精度、以及限位结构的位置精度和安装精度，加工的精度要求会很高，并且由于热盖装置内部空间较小，安装难度大；同理，如果将用于导向的结构设置在盖壳上，那盖壳的加工精度要求会很高，考虑到盖壳的结构相对较薄，加工难度会更大；本方案中，只需考虑导向轴与导向孔的配合精度即可，盖壳上只需保证限位结构的位置精度即可，加工难度很小。

采用直线电机442来驱动顶杆运动，直线电机的滑块与顶杆443的第三凹槽配合连接，这种传动方式简单、成本较低。也可以采用其他常用的传动结构来代替上述传动机构，比如采用转动电机配合齿轮齿条或者涡轮蜗杆或者丝杠滑轨来进行传动；或者用气泵或者液压泵来驱动顶杆运动。

试剂管

本部分详细说明试剂管的具体结构、试剂管中如何自动实现第一试剂和第二试剂的混合、以及试剂管的其他作用。

如图10、图11所示，一种试剂管，包括管盖51和反应管52，管盖51上开设有加样孔和加试剂孔；加试剂孔中安装有试剂存放管54，试剂存放管中装有第二试剂，管盖51上具有用于密封加样孔和加试剂孔的密封膜；反应管52内具有反应腔体53；管盖51和反应管52配合连接使反应腔体处于密封状态。

管盖51的横截面为圆形或者方形。圆形或者方形方便抓取。加样台上开设有试剂管定位槽，管盖的外壁上设有第一凸起56，第一凸起与试剂管定位槽相适配。

加样孔中固定有橡胶密封塞55。加样孔的内壁上设有第二凸起，橡胶密封塞55上具有与第二凸起相适配的第二凹槽。

试剂存放管54活动安装在管盖51的加试剂孔中。

试剂存放管为管状，试剂存放管一端封闭，另一端开口。

试剂存放管54的开口端具有斜刃59，封闭端设有第一凹槽510。

试剂存放管54中还具有重力球57，第二试剂为冻干球58，重力球57置于冻干球58上方。

重力球为一个表面光滑的固体，由高分子材料制成。

试剂存放管54中还具有第二弹性件，第二试剂为冻干球58，第二弹性件下端与冻干球相抵、上端与试剂存放管相抵。

第二弹性件为塑料弹簧。

塑料弹簧预压紧在试剂存放管中，可以减少运输过程中冻干球的震动，且在反应管上的密封膜被刺破时，可以给冻干球一个弹出的力，使其更顺利的落入溶液中。

加样孔的两端开口、加试剂孔的两端开口均具有密封膜，密封膜可以是易穿刺膜。

加样孔和试剂孔均为圆形通孔。

反应管中具有第一试剂。

反应管52的下半部为扁平状，反应管的下半部具有透明的检测窗口。

检测窗位于反应管52的底部。

反应管52的上半部横截面为圆形或矩形，反应管52的上半部与管盖51配合连接，反应管52开口处设有密封膜使得加样孔和加试剂孔的一端密封，管盖51的上表面上设有密封膜使得加样孔和加试剂孔的另一端密封。圆形或矩形便于加工，并且方便取放，另外，圆形的管壁能够保证厚度均匀，有利于通过加热保证反应管内部的温度稳定在目标值。这种结构上部较宽，能够保证试剂和样本充分接触和反应，并且保证冻干球的溶解，下部结构较窄保证导热速度和PCR扩增速度。

试剂管的工作原理：加样时，通过注射器刺穿管盖51上的密封、橡胶密封塞和反应管52上密封膜，进入到第一试剂中进行加样，取出注射器时，橡胶密封塞通过弹性自行封闭。

由于反应管中具有第一试剂，样本可先与第一试剂反应，由于管盖中具有第二试剂，可适时的将第二试剂加入反应管中，对样本进行下一步反应。待反应完成后，检测装置通过反应管底部的检测窗口进行检测。

将第二试剂加入反应管的工作原理是：推动试剂存放管，试剂存放管的斜刃会刺破反应管上的密封膜，使得第二试剂进入试剂反应管中，与第一试剂、样本混合。

在仪器上可设置顶杆，试剂管安装在反应腔体中，顶杆移动即可实现推动试剂存放管。

本实施例中的第二试剂以冻干球的形式保存，冻干球的好处：

当试剂存放管的斜刃刺破密封膜时，冻干球和重力球均会掉入反应管中，重力球的重力会保证冻干球能够掉下并且完全侵入第一试剂中。

待冻干球完全溶解后，仪器会对反应管下部薄壁处进行加热，开始PCR反应，最后通过反应管底部的检测窗口进行检测。

试剂管的有益效果在于：

由于本发明的试剂管中同时具有第一试剂和第二试剂，并且能够分别与样本反应，使得核酸的提取和PCR扩增反应均能够在试剂管中进行，避免了核酸的转移，大幅降低了仪器的成本和复杂程度；

由于在试剂管不打开的情况下就能够加入第二试剂，减少了操作步骤，也降低了样本被污染的风险；

由于试剂管的加样孔中具有橡胶密封塞，便于公共注射器加样，并且加样后通过橡胶塞的弹性自动封闭，提高了反应管的密封性；

加样孔和试剂孔的密封膜能够保证试剂管内部处于密封状态，避免被污染，提高检测的准确性；

第二凸起与橡胶密封塞55的第二凹槽配合，保证了橡胶密封塞55不会在加样孔中滑动，从了保证了加样针的穿刺能够顺利进行，也避免了橡胶密封塞55移动损坏密封膜的情况。

管盖外壁上的第一凸起用于和仪器配合，实现定位，便于安装，并保证试剂管能够安装在指定的位置反应和检测。

试剂存放管用于存放和释放第二试剂，释放第二试剂时，斜刃的刃尖刺破密封膜的一个点，试剂存放管继续移动，斜刃边缘撕裂密封膜，使得试剂存放管能够穿过密封膜，进而使第二试剂进入反应管中。密封膜仅有与斜刃的刃尖接触的一点被刺破，而刃尖远端的膜不会被撕裂，与原有膜体连接，保证密封膜不会脱了至试剂中。

使用冻干球与试剂存放管配合，由于不用考虑液体试剂容易流动、渗出的情况，也无效冷冻保存，能够便于第二试剂的装入、密封、保存和运输，提升试剂管和仪器的便利性。

重力球置于冻干球上方，可填补试剂存放管中的间隙，防止在运输过程中冻干球在管中震动导致的碎裂。重力球可以通过重力下压冻干球，使冻干球顺利从试剂存放管中落下，且下落后可以将冻干球压住，增加冻干球与第一试剂的接触面积，使得试剂充分溶解。

反应管下部设计为扁平状使得加热模块可以完全贴合，且此处为薄壁结构，更增加了加热效率，最终使得检测时间大幅缩短。

PCR检测试剂管整体结构简单，体积较小。

Claims (17)

1.一种核酸检测分析仪，包括机架，其特征在于：还包括安装在机架上的温控装置、荧光检测装置、热盖装置和试剂管；所述机架包括底板和安装在底板上的加样台，所述加样台上开设有插入孔；所述温控装置和荧光检测装置安装在所述底板和加样台之间；所述热盖装置安装在机架上；所述试剂管安装在插入孔上并被热盖装置盖住；所述试剂管的位置与温控装置的位置相适配；所述荧光检测装置的检测位置正对试剂管。

2.如权利要求1所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述试剂管被热盖盖住的一端位于加样台上方、另一端位于加样台的下方，所述荧光检测装置位于试剂管的下方，所述温控装置包括用于对试剂管下端加热的移动平台，所述移动平台位于加样台与荧光检测装置之间。

3.如权利要求1或2所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述温控装置、荧光检测装置、热盖装置和试剂管的数量均为至少两个，温控装置、荧光检测装置、热盖装置和试剂管一一对应配合。

4.如权利要求1或2或3所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述机架还包括安装在底板上的支撑架、外壳，所述加样台安装在支撑架上，所述热盖装置安装在加样台上。

5.如权利要求1或2或3或4所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述温控装置包括驱动组件、导向组件、第一加热组件；所述第一加热组件包括移动平台，所述移动平台上具有三个以上用于加热的加热槽，所述试剂管的端部位于一加热槽中，所述移动平台在驱动组件的驱动下沿导向组件移动，使得试剂管的端部位于不同的加热槽中。优选的，所述驱动组件包括安装在机架上的温控驱动电机、轴承座、一端与温控驱动电机配合连接、另一端与轴承座配合连接的丝杠、与丝杠配合连接的丝杠螺母；所述导向组件包括安装在机架上的两根导轨；所述移动平台安装在丝杠螺母上，所述移动平台还安装有与导轨滑动配合连接的滑块。优选的，所述移动平台是隔热材料；所述移动平台由两块相互连接的隔热板安装而成；所述温控驱动电机为步进电机；所述移动平台上安装有触发件，所述机架上安装有感应开关，所述触发件和感应开关的位置相适配；或者所述机架上安装有触发件，所述移动平台上安装有感应开关，所述触发件和感应开关的位置相适配。

6.如权利要求5所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述加热槽的数量为四个，四个所述加热槽与导轨平行布置，每个所述加热槽中均安装有陶瓷加热片和与陶瓷加热片紧抵的导热铜片，每个所述加热槽中的导热铜片数量为两块，两块所述导热铜片之间具有用于试剂管通过的间隙，所述导热铜片与试剂管的外壁相贴。优选的，四个所述加热槽中的温度包括用于聚合酶链式反应的第一目标温度和第二目标温度、用于过渡的第一过渡温度和第二过渡温度，所述第一过渡温度、第一目标温度、第二目标温度、第二过渡温度的数值依次降低。

7.如权利要求1或2或3或4或5或6所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述热盖装置包括盖壳、安装在盖壳上的第二加热组件；所述第二加热组件包括导热板和与导热板接触的加热元件，所述导热板的下表面具有向下突出的环状凸台，所述环状凸台的形状与试剂管的端部相适配，所述环状凸台的内壁与导热板的下表面围成用于对试剂管的端部加热的加热空间。优选的，所述热盖装置还包括安装在盖壳上的导向结构，所述导向结构包括导向板、安装在导向板下表面上的导向轴、第一弹性件，并且第一弹性件位于导热板和导向板之间；所述导热板上开设有导向孔，所述导向孔与导向轴配合连接。

8.如权利要求7所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述导热板上开设有第一顶杆过孔，所述导向板开设有第二顶杆过孔和腰型孔。

9.如权利要求7所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述盖壳包括上盖壳和与上盖壳配合连接的下盖壳，所述上盖壳和下盖壳均为中空结构，所述上盖壳上端封口，所述下盖壳的内壁上具有第一安装台阶和第二安装台阶；所述导向板安装在第一台阶上，所述导热板位于第二台阶上。

10.如权利要求7或8或9所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述热盖装置还包括顶杆结构，所述顶杆结构包括安装在盖壳上的顶杆安装架、安装在顶杆安装架上的顶杆驱动件、滑动设置在顶杆安装架上并与顶杆驱动件配合连接的顶杆，所述驱动件可驱动所述顶杆的端部进入加热空间中。优选的，所述顶杆驱动件是直线电机，所述顶杆安装架上安装有直线轴承，所述顶杆安装在直线轴承上；所述顶杆的中部开设有第三凹槽，所述第三凹槽与直线电机的滑块配合连接；所述顶杆的端部具有顶杆凸台。

11.如权利要求1或2或3或4或5或6或8或9所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述试剂管包括管盖和反应管，所述管盖上开设有用于连通反应腔的加样孔和加试剂孔；所述加试剂孔中安装有试剂存放管，所述试剂存放管中装有第二试剂，所述管盖上具有用于密封加样孔和加试剂孔的密封膜；所述反应管内具有反应腔体；所述管盖和反应管配合连接使反应腔体处于密封状态。

12.如权利要求11所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述试剂存放管活动安装在管盖的加试剂孔中。

或/和，

所述试剂存放管为管状，所述试剂存放管一端封闭，另一端开口；所述试剂存放管的开口端具有斜刃，封闭端设有第一凹槽。

13.如权利要求11或12所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述试剂存放管中还具有重力球，所述第二试剂为冻干球，所述重力球置于冻干球上方。优选的，所述重力球为一个表面光滑的固体，由高分子材料制成。

14.如权利要求11或12或13所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述反应管中具有第一试剂，所述反应管的下半部具有透明的检测窗口；所述检测窗位于反应管的底部。

15.如权利要求11或12或13或14所述核酸检测分析仪，其特征在于：所述加样孔的两端开口、加试剂孔的两端开口均具有密封膜，所述加样孔和试剂孔均为圆形通孔。

或/和，

所述加样台上开设有试剂管定位槽，所述管盖的横截面为圆形或者方形，所述管盖的外壁上设有第一凸起，所述第一凸起与试剂管定位槽相适配；所述加样孔中固定有橡胶密封塞；所述反应管的下半部为扁平状。

16.一种核酸检测分析仪的检测方法，其特征在于：所述核酸检测仪包括机架、安装在机架上的温控装置、荧光检测装置、热盖装置和试剂管，

所述机架包括底板和安装在底板上的支撑架、外壳、安装在支撑架上的加样台，所述加样台上开设有插入孔；

所述温控装置和荧光检测装置安装在所述底板和加样台之间；

所述热盖装置安装在机架上；

所述试剂管安装在插入孔上并被热盖装置盖住，所述试剂管中具有第一试剂和与第一试剂隔开的试剂存放管，所述试剂存放管中具有第二试剂；

所述试剂管的位置与温控装置的位置相适配；所述荧光检测装置的检测位置正对试剂管；

所述检测方法包括：

步骤一：将样本加入试剂管中使样本与第一试剂混合，打开热盖装置，将试剂管放入插入孔中并盖住热盖装置，

步骤二：温控装置对试剂管的反应部位进行加热并孵育，将样本中的核酸释放到试剂管中，

步骤三：将试剂存放管中的第二试剂加入到试剂管中与样本混合，

步骤四：用温控装置控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物达到第一温度，核酸在第一温度下解链；

步骤五：用温控装置控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物达到第二温度，核酸在第二温度下复制；

步骤六：用温控装置控制试剂管的反应部位的温度，使试剂管中的样本试剂的混合物在的温度在第一温度和第二温度中循环，直到完成核酸的扩增；

步骤七：荧光检测装置对试剂管内的核酸进行光学检测。

17.如权利要求16所述核酸检测分析仪，其特征在于：还包括步骤A：对热盖装置进行加热；步骤A与步骤六同步进行或者在步骤六之前进行。

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