CN117025387A - 一种pcr仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种PCR仪，包括：试样装载单元(300)，用于向PCR仪中装载试样或从PCR仪中取出试样；控温单元(100)，设置在试样装载单元(300)的下侧，用于使PCR联管升温和降温；升降组件(110)，设置在控温单元(100)的下侧，用于使控温单元(100)上升或下降；以及荧光采集单元(200)，设置在试样装载单元(300)的上侧，用于通过采集荧光信号检测PCR进程。本发明的PCR仪能够实现更快速的温度升降，荧光采集单元能够实现通道的快速切换，保证切换准确度，并且还能够为试样装载提供便利。

Description

一种PCR仪

技术领域

本发明涉及生物工程或医疗器械技术领域，尤其涉及一种PCR仪。

背景技术

现有的PCR仪存在诸多问题，例如升降温速率不够理想；荧光信号采集系统的激发通道和荧光通道各自独立地进行切换，操作时间长，控制复杂，容易出现通道混乱等问题；试样装载不方便。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地克服现有技术的缺陷，提供一种新颖的PCR仪。本发明的目的还在于提供一种PCR仪，至少解决下述技术问题之一：实现更快速的温度升降；荧光采集单元能够实现通道的快速切换，保证切换准确度；为试样装载提供便利。

为达到上述目的或目的之一，本发明的技术解决方案如下：

一种PCR仪，所述PCR仪包括：

试样装载单元，用于向PCR仪中装载试样或从PCR仪中取出试样；

控温单元，设置在试样装载单元的下侧，用于使PCR联管升温和降温；

升降组件，设置在控温单元的下侧，用于使控温单元上升或下降；以及

荧光采集单元，设置在试样装载单元的上侧，用于通过采集荧光信号检测PCR进程。

根据本发明的一个优选实施例，所述控温单元包括：

变温元件，被配置为能够在加热模式和制冷模式之间切换；

制热制冷管盘，用于容纳PCR联管，所述制热制冷管盘设置在变温元件的一侧，并且被配置为在变温元件的作用下升温或降温；

散热器，设置在变温元件的背离制热制冷管盘的一侧；

涵道，设置在散热器的一侧；以及

风扇，所述风扇设置在涵道的流体流动路径上。

根据本发明的一个优选实施例，在变温元件和制热制冷管盘之间设置有石墨片；和/或，在变温元件和散热器之间设置有石墨片。

根据本发明的一个优选实施例，所述制热制冷管盘包括：

导热底板；

至少一个管座，设置在导热底板上；以及

温度传感器。

根据本发明的一个优选实施例，所述荧光采集单元包括：

至少两个激发光源，被配置为分别发射不同波长的单色光；

激发光组件，被配置为接收来自激发光源的单色光，并将单色光传输至待监测对象；

荧光组件，被配置为从待监测对象接收荧光并传输所述荧光；以及

图像采集部，被配置为采集荧光组件传输的荧光，

其中，所述至少两个激发光源被配置为能够一起移动以使得荧光采集单元能够在一个激发光源与激发光组件相对的第一状态和另一个激发光源与激发光组件相对的第二状态之间改变。

根据本发明的一个优选实施例，所述荧光采集单元还包括至少两个激发光滤光片和至少两个荧光滤光片，激发光滤光片的数量与激发光源的数量相同，荧光滤光片的数量与激发光源的数量相同；

每个激发光源与一个激发光滤光片和一个荧光滤光片形成一个功能组，以形成至少两个功能组；

所述至少两个功能组被配置为能够一起移动以使得在第一时刻一个功能组的激发光源和激发光滤光片与激发光组件相对并且所述一个功能组的荧光滤光片与荧光组件相对，而在与第一时刻不同的第二时刻，另一个功能组的激发光源和激发光滤光片与激发光组件相对并且所述另一个功能组的荧光滤光片与荧光组件相对。

根据本发明的一个优选实施例，所述升降组件包括：

支撑基座；

舵机，设置在支撑基座上；

传动组件，与舵机连接；以及

支撑组件，直接地或间接地连接在传动组件上，并且被配置为在舵机的驱动下在第一位置和第二位置之间改变，其中，第一位置的竖直高度大于第二位置的竖直高度。

根据本发明的一个优选实施例，所述升降组件还包括：

导向柱，设置在支撑基座上；

直线轴承，被配置为滑动设置在导向柱上，

其中，所述支撑组件与直线轴承固定连接。

根据本发明的一个优选实施例，所述试样装载单元包括：

仓门，被配置为能够与PCR仪的壳体结合；

丝杆电机；

丝杆，与丝杆电机结合，并从丝杆电机中伸出；以及

抽屉，直接地或间接地与丝杆连接，并被配置为能够在丝杆的驱动下朝向仓门或远离仓门移动，

其中，所述仓门被配置为在所述抽屉推动仓门的作用力下能够打开以使所述抽屉能够从PCR仪内伸出，并且在所述抽屉回缩到PCR仪中后能够自动关闭。

根据本发明的一个优选实施例，所述试样装载单元还包括热盖，所述热盖包括电热膜，用于加热PCR联管；

所述热盖在抽屉回缩的状态下浮动地设置在抽屉的上方。

本发明的PCR仪能够实现更快速的温度升降，荧光采集单元能够实现通道的快速切换，保证切换准确度，并且还能够为试样装载提供便利。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的PCR仪的立体图；

图2为图1的PCR仪的后视图；

图3为图1的PCR仪的剖视图；

图4为根据本发明的实施例的用于PCR仪的控温单元的立体图；

图5为图4所示的用于PCR仪的控温单元的局部剖切图；

图6为图4所示的用于PCR仪的控温单元的俯视图；

图7为图4所示的用于PCR仪的控温单元的局部俯视图，其中压固元件和印刷电路板上的电元件被去除；

图8为用于PCR仪的控温单元的局部元件的截面图；

图9为根据本发明的实施例的控温单元的制热制冷管盘的立体图；

图10为根据本发明的实施例的荧光采集单元的立体图；

图11为图10所示的荧光采集单元的正视图；

图12为图10所示的荧光采集单元的剖视图；

图13为根据本发明的实施例的荧光采集单元的活动架的立体图，其中镜架和电路元件板等被安装在其上；

图14从另一个角度示出了图13的活动架；

图15为图13所示的活动架的剖视图；

图16示出了根据另一个实施例的荧光采集单元的活动架，其中活动架呈板形、激发光透镜组包括两个透镜、激发光透镜组的壳体被去除；

图17为图16所示的荧光采集单元的局部的剖视图；

图18为根据本发明的实施例的升降组件的立体图；

图19为图18所示的升降组件的后视图；

图20为图1所示的升降组件的局部放大图；

图21示出PCR仪的包括试样装载单元的部分，抽屉处于伸出状态；

图22为图21所示的部分的剖视图，其中抽屉处于伸出状态；

图23为与图22对应的剖视图，抽屉处于回缩状态，部分部件被省略；

图24为与图22对应的剖视图，抽屉处于回缩状态，并且升降组件升起带动控温单元升起与抽屉结合；

图25为根据本发明的实施例的试样装载单元的抽屉的立体图；

图26从另一个视角示出了图25的试样装载单元的抽屉；

图27示出了控温单元的制热制冷管盘、围挡与抽屉的组合结构；

图28为图27所示结构的剖视图；

图29为图27所示结构的另一个断面的剖视图。

附图标记列表：

11风扇罩；12送风风扇；13进气格栅；14安装部；15转接组件；16散热器；17支撑组件；18压固元件；19制热制冷管盘；20风扇接口；21围挡；22印刷电路板；23电控接口；24涵道；25排风风扇；26隔热元件；27变温元件；28固定螺栓；32石墨片；35第一水平段；36第二水平段；37曲面过渡段；41导热底板；42管座；43镂空部；44温度传感器；81支撑基座；82舵机；83安装元件；84转盘；85同步轮；86弧形连杆；87支撑部；88支撑轴承；91导向柱；92直线轴承；93第一螺栓；94第二螺栓；95第三螺栓；96第四螺栓；97第五螺栓；98弧形内凹部；100控温单元；101PCR仪下壳体；102隔板；103抽屉；104仓门；105承载座；106拉簧；107推块；108轨道；110升降组件；111电源模块；112总开关；113转臂；114丝杆电机；115丝杆；116传动连杆；119滑轨；120热盖；121悬挂螺栓；122弹簧；126容纳槽；127连接位；128固定孔位；129内围突起；130外围突起；131腔室；132管腔；200荧光采集单元；211基架；212致动部；213主动轮；214传动带；215固定部；216支架；217图像采集部；218镜筒；219活动架；220荧光滤光片；221整合件；222待监测对象；223转接件；224从动轮；225安装位；226安装基座；229导轨；230光纤合束组件；231激发光接收部；232荧光返回部；233激发光传输器；234荧光传输器；235双胶合透镜组；236激发光透镜组；237激发光滤光片；238激发光源；239第一容纳部；240传动带安装段；241第二容纳部；242滤光片安装孔位；243镜架；244电路元件板；245第一透镜；246第二透镜；247第三透镜；251光纤透镜；300试样装载单元；301PCR仪上壳体；302操作开关；303进度条；304上排风口；305后出风口；306电源插口；307网口。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的示例性的实施例，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

图1-3示出了根据本发明的实施例的PCR仪，包括：试样装载单元300，用于向PCR仪中装载试样或从PCR仪中取出试样；控温单元100，设置在试样装载单元300的下侧，用于使PCR联管升温和降温；升降组件110，设置在控温单元100的下侧，用于使控温单元100上升或下降；以及荧光采集单元200，设置在试样装载单元300的上侧，用于通过采集荧光信号检测PCR进程。PCR仪包括PCR仪下壳体101和PCR仪上壳体301，在PCR仪下壳体101的前侧上设置有仓门104，在PCR仪下壳体101的后侧上设置有电源插口306、网口307、总开关112和后出风口305，在PCR仪上壳体301的前侧上设置有操作开关302和进度条303(显示条)，在PCR仪上壳体301的后侧上设置有上排风口304。

下面结合附图对控温单元100、荧光采集单元200、升降组件110、试样装载单元300分别进行描述。如图4-9所示，控温单元100主要包括风扇罩11、风扇、散热器16、压固元件18、制热制冷管盘19、印刷电路板22、涵道24、变温元件27、石墨片32等，散热器16作为基础承载元件，部分元件是直接固定在散热器16上的，散热器16通过支撑组件17支撑、连接在PCR仪的其他部分上，此外，散热器16上还设置有转接组件15，用于与PCR仪的升降组件110连接，以实现散热器16的位置改变。散热器16为齿形散热器，包括并排的多个翅片，散热器16的上方依次为变温元件27和制热制冷管盘19，变温元件27呈板形，在图示实施例中，提供了两个变温元件27，如图8所示，它们并置地固定在散热器16上，在本发明中，变温元件优选地选用热电制冷器(Thermo Electric Cooler,TEC)，它具有加热和制冷功能，可以在加热模式和制冷模式之间切换。

制热制冷管盘19用于容纳PCR联管，所述制热制冷管盘19设置在变温元件27的上侧，并且被配置为在变温元件27的作用下升温或降温，以使PCR联管升温或降温，参见图9，制热制冷管盘19包括：导热底板41；八个管座42，居中地设置在导热底板41上，形成一排，相邻管座42之间的距离彼此相同，在进行PCR实验时，PCR联管容纳在管座42中；以及温度传感器44。导热底板41为长方形的板，图示的实施例中示出的为八个管座42，但是本发明并不限于此，管座42的数量可以根据需要进行改变，管座42也不限于一排，可以为多排，形成矩阵型管座。有利地，热制冷管盘19由铝6063-T5制成，但热制冷管盘19不限于由铝材料制成，上述设计的热制冷管盘19结构上加热面积大，升温快，而现有技术的加热面积小，升温较慢。

通常地，制热制冷管盘19的管座42根据联管设计。温度传感器44优选地设置在导热底板41上，当然它也可以设置在管座42上，温度传感器44用于感测制热制冷管盘19的温度，并反馈给控制系统，以便迅速地使变温元件27根据制热制冷管盘19的温度作出响应。在导热底板41上的左侧的四个管座42和右侧的四个管座42之间具有镂空部43，通过镂空部43能够较好地保证管座42之间的温度均衡。在导热底板41上还设置有定位孔，方便安装制热制冷管盘19时进行定位。

有利地，在变温元件27和制热制冷管盘19之间设置有石墨片32；并且在变温元件27和散热器16之间设置有石墨片32，如图8所示。压固元件18设置在制热制冷管盘19的导热底板41上，用于使制热制冷管盘19相对于变温元件27固定，在一个具体实施例中，压固元件18通过四个固定螺栓28螺固在散热器16的上表面上，从而将变温元件27、石墨片32、制热制冷管盘19紧紧地固定在散热器16上。

作为一个实施例，所述压固元件18为一体的压环，如图6所示，所述压环围绕在管座42的外周并压在导热底板41上，替代地，所述压固元件18也可以包括两个压条，两个压条分别位于管座42的两侧并压在导热底板41上。

在所述压固元件18和制热制冷管盘19之间设置有隔热元件26，这是因为压固元件18与制热制冷管盘19直接接触会在接触处形成热传递，导致制热制冷管盘19的热量散失，影响升温速度，通过使用隔热材料将它们分开，并借助隔热材料的隔热性阻止这种热传递。隔热元件可以选用耐高温的电木、玻纤板、PC、PCB等导热差寿命好的塑料或其他材料，但本发明的隔热元件不限于此，优选地使用玻纤板。

作为一个实施例，所述隔热元件26为隔热垫，隔热垫呈长方体形状，数量为四个，间隔地分布在压固元件18的下方，如图7所示。有利地，所述隔热元件26可以为隔热柱，并且所述隔热柱的形状被配置为使得接触制热制冷管盘19的一侧的隔热柱的面积相对于隔热柱的其他部分的水平截面缩小，例如隔热柱呈半球形或倒锥台形或环形。这样设计的隔热柱由于与制热制冷管盘19接触的面积缩小，所以隔热效果更好。

参考图4等可见，在制热制冷管盘19和压固元件18的外侧有一圈围挡21，围挡21把制热制冷管盘19和压固元件18包围，围挡21的作用在于使制热制冷管盘19被相对封闭住，从而减少了制热制冷管盘19与外界的热交换，特别是能够避免风扇吹入涵道的风影响制热制冷管盘19的升温。

散热器16上还附接着印刷电路板22，印刷电路板22上包含有众多电元件，包括电控接口23、风扇接口20等，用于提供电力和控制信号。前述制热制冷管盘19的温度传感器44通过第一传感器引线引出，有利地，变温元件27上也设置温度传感器(图中未示出)，它通过第二传感器引线引出。

本发明中的风扇包括两组，分为送风风扇12和排风风扇25，所述送风风扇12设置在散热器16的背离涵道24的一侧上，所述排风风扇25设置在涵道24的出口侧上，送风风扇12固定在散热器16的一侧上，排风风扇25直接固定在涵道24的框架上。在具体实施例中，送风风扇12和排风风扇25又分别由两个风扇构成。风扇罩11罩设在送风风扇12的外侧，所述风扇罩11上设置有进气格栅13，所述进气格栅13被配置为使进入风扇罩11的进气的流动方向与水平面形成非零角度，优选地，进气格栅13形成的进风口倾斜45度，防止风扇风影响加热，有利于保温，减少试剂凝露，参见图4，清晰地示出了风扇罩11的结构，风扇罩11为一罩壳，罩壳上设置有若干排排进气格栅13，中间的进气格栅13相对于两侧的进气格栅13向外突出，这是为了匹配罩壳内侧的结构，风扇罩11的两侧各有一个安装部14，安装部14与转接组件15和散热器16连接，安装部14和转接组件15分别具有连接孔，利用螺栓将它们螺固在一起。

下面介绍涵道24，涵道24设置在散热器16的一侧，所述涵道24包括：设置在涵道24的入口侧的第一水平段35；设置在涵道24的出口侧的第二水平段36，所述第二水平段36在竖直高度上的位置与第一水平段35在竖直高度上的位置不同；以及曲面过渡段37，设置在第一水平段35和第二水平段36之间。在涵道24的外侧设置有安装凸耳，在涵道24的出口侧设置有框架，用于安装排风风扇25。

本发明的涵道的形状和结构经过了多次流体仿真优化，在含有涵道的控温单元中，送风风扇直接对准涵道，所以送风风扇在涵道前部向涵道内吹风，排风风扇将涵道内的风排出，由于有涵道的存在，风是在涵道内有序进出，整个涵道内部没有风乱流，而且由于涉及到的风的空间小，有序进出，所以风速更快。相对于不含涵道的设计，由于没有特殊涵道设计，整个结构内部都是风流，风流集中在风扇进出口处，并且由于空间较大，同样的条件下，风速低于含有涵道的结构，而且风更加无序，容易形成乱流，影响散热效果。相对于没有涵道的控温单元，增加涵道风速增加27％左右，在同样的降温时间内制热制冷管盘的温度低21％左右。

下表说明了相同的测试条件，其中一个结构有涵道，一个结构没有涵道，测试的齿形散热器的升降温速率和制热制冷管盘升降温速率，其中，测试条件为：制热制冷管盘从30℃升温到95℃，变温元件的加热功率200W，降温从95℃降到30℃，变温元件的降温功率200W，散热器前后都有一组风扇，风扇转速1470转/分。

	有涵道	无涵道
			齿形散热器升温速率℃/秒	0.27	0.3
齿形散热器降温速率℃/秒	0.2	0.16
			制热制冷管盘升温速率℃/秒	12	12
制热制冷管盘降温速率℃/秒	10	8

综上，有涵道的结构齿形散热器的降温速率快，制热制冷管盘的降温速率快。

本发明的控温单元主要由变温元件、制热制冷管盘、散热器、涵道和风扇组成，制热制冷管盘、变温元件、散热器顺次相接，当变温元件工作在加热模式下时给制热制冷管盘加热升温，当需要降温时，变温元件工作在制冷模式下，在制冷模式下，热量从制热制冷管盘经由变温元件传递给散热器，涵道和风扇设置在散热器附近，加速散热器的散热，风扇被设计为包括两组风扇，一组送风风扇设置在散热器的背离涵道的一侧上，一组排风风扇设置在涵道的出口侧上，送风风扇向后吹风，把散热器的热量向后吹入涵道，排风风扇把热量从涵道抽走，排出涵道外。经由这样设计的控温单元能够实现PCR联管的快速温升和温降，能够有效减小PCR实验时间。

位于前侧的送风风扇安装在特定形状的风扇罩内，风扇罩被设计为可以引导进入风扇罩的进气的流动方向，使其与水平面形成大致45度的夹角，进风把散热器的热量向后吹向涵道，本发明的涵道经过科学的结构设计，它构成双折线的形式，即包括不同水平高度上的第一水平段和第二水平段以及连接它们的曲面过渡段，这样形状和结构的涵道是经过多次流体仿真优化而获得，能够将使多余热量快速排出，提高了整体系统的升降温速率。

本发明的变温元件和制热制冷管盘经过了结构优化，在变温元件的上侧和下侧与制热制冷管盘和散热器接触之处均安装了石墨片，可以实现快速传递热量，石墨片作为一种导热散热材料，沿两个方向均匀导热，具有优秀的导热系数，比金属的导热还好，通过增加石墨片可以保证变温元件的热量快速均匀地传递给制热制冷管盘(和PCR联管)。其中，制热制冷管盘也做了结构优化，结构设计更合理，它由导热底板和多个管座构成，管座位于导热底板的中线附近沿纵向排列，制热制冷管盘上设置有高灵敏度的温度传感器，保证实时获取制热制冷管盘的温度并反馈给系统，方便快速控制。

在本发明的控温单元中，制热制冷管盘通过压固元件相对于变温元件固定，一个方案是通过压条来固定，一个方案是通过压环来固定，制热制冷管盘通过压固元件来紧固，压固元件与制热制冷管盘之间有特定的隔热材料，防止升温过程中热量传递给压固元件，减少此处的热传递损失，提高升温速率。有利地，压固元件采用隔热柱，隔热柱为倒锥台形或半球形或环形，使得隔热柱与制热制冷管盘的接触面积最小，这样传递的热量更少，最大化热传递损失。

本发明通过一系列合理的设置实现了更快速的温度升降，减小了PCR实验时间。

下面结合图10-17详细描述本发明的荧光采集单元，如图10-12所示，荧光采集单元200主要包括基架211、活动架219、支架216、驱动部分和光学器件，基架211作为基础承载部件，承载荧光采集单元的其他主要部件，活动架219附接在基架211上并能够相对于基架211移动，驱动部分与活动架219连接，用于驱动活动架219移动，光学器件安装在基架211、活动架219或支架216上。下面沿着光路介绍本发明所使用的光学器件，荧光采集单元200包括激发光源238、激发光透镜组236、激发光滤光片237、激发光传输器233、激发光接收部231、光纤合束组件230、光纤透镜251、荧光返回部232、荧光传输器234、荧光滤光片220、双胶合透镜组235和图像采集部217。其中，激发光接收部231可以以激发光光纤的形式设置，荧光返回部232可以以荧光光纤的形式设置，激发光传输器233可以以激发光光纤头的形式设置，荧光传输器234可以以荧光光纤头的形式设置。

激发光源238使用单色LED，它的数量大于1个，即至少两个激发光源238，在图示的实施例中，具有四个激发光源238，它们被配置为分别发射不同波长的单色光；在激发光源238前方，荧光采集单元200包括与激发光源238数量相同的激发光透镜组236，所述激发光透镜组236设置在激发光源238和激发光滤光片237之间。激发光透镜组236内的透镜的数量可以为1个、2个、3个或更多，后面会结合具体实施例描述激发光透镜组236内的透镜，LED前端安装的激发光透镜组236的作用在于聚光，它可以使用Led透镜、单凸透镜、双凸透镜或菲涅尔透镜等，起到聚光、匀光的效果，保证进入每个激发光接收部231的光的均匀性。

在激发光透镜组236的前方为激发光滤光片237，激发光滤光片237的数量与激发光源238的数量相同，激发光滤光片237的前方为激发光组件，激发光通过激发光滤光片237后照射到激发光组件。激发光组件接收来自激发光源238的单色光，并将单色光传输至待监测对象222(例如PCR联管内的试剂)，在图示的实施例中，待监测对象222盛放在8孔的联管中。所述激发光组件包括：激发光接收部231(8个)和激发光传输器233，激发光传输器233被配置为将8个激发光接收部231的端部集成在一起，激发光传输器233与激发光滤光片237相对。

激发光经过激发光传输器233进入激发光接收部231，然后进入光纤合束组件230以及光纤透镜251，之后激发待监测对象222产生荧光，荧光再经光纤透镜251、光纤合束组件230、进入荧光组件。荧光组件从待监测对象接收荧光并传输所述荧光，所述荧光组件包括：荧光返回部232(8个)和荧光传输器234，荧光传输器234被配置为将8个荧光返回部232的端部集成在一起。光纤合束组件230是将一个激发光接收部231的端部和一个荧光返回部232的端部集成在一起的组件，光纤合束组件230的数量是8个，多个光纤合束组件230通过整合件221整合在一起，例如整合成一排，以方便与PCR联管对位。这里，所述激发光传输器233被配置为与激发光源238或激发光滤光片237相对，并且所述荧光传输器234被配置为与荧光滤光片220相对。荧光经过荧光滤光片220后进入双胶合透镜组235，然后进入图像采集部217，图像采集部217被配置为采集荧光组件传输的荧光，图像采集部217可以采用CMOS或CCD。

可见，激发光通过激发光滤光片237照射到激发光传输器233的端面，通过激发光接收部231、光纤合束组件230和光纤透镜251(它为等焦距的双凸透镜)照射到待监测对象，光纤透镜251会将光纤中射出的光聚集到耗材样品孔中的试剂上，激发出的荧光会通过光纤透镜251，然后聚焦到光纤合束组件230的端面上，荧光通过荧光返回部232、荧光传输器234和荧光滤光片220，最后通过双胶合透镜组235，最终在诸如CMOS的图像采集部217上采集成像，双胶合透镜组235起到了消色差、消除边缘畸变、减小孔间干扰等作用。其中，所述光纤透镜251作为光纤合束组件230的一部分，设置在激发光接收部231的端部和荧光返回部232的端部的竖直下侧。

一次只有一种激发光起作用，实施例中提供了四种激发光，意味着PCR仪为四通道PCR仪，要使不同的激发光起作用，需要使不同的激发光进入激发光传输器233。为此，在本发明中，两个以上的激发光源238被配置为能够一起移动以使得荧光采集单元200能够在一个激发光源238与激发光组件的激发光传输器233相对的第一状态和另一个激发光源238与激发光组件的激发光传输器233相对的第二状态之间改变。

激发光滤光片237的数量、荧光滤光片220的数量与激发光源238的数量完全相同，每个激发光源238与一个激发光滤光片237和一个荧光滤光片220形成一个功能组，以形成多个功能组；进一步地，所述多个功能组被配置为能够一起移动以使得在第一时刻一个功能组的激发光源238和激发光滤光片237与激发光组件的激发光传输器233相对并且所述一个功能组的荧光滤光片220与荧光组件的荧光传输器234相对，而在与第一时刻不同的第二时刻，另一个功能组的激发光源238和激发光滤光片237与激发光组件的激发光传输器233相对并且所述另一个功能组的荧光滤光片220与荧光组件的荧光传输器234相对，从而实现四个通道的切换。

具体地，多个功能组的同时移动是通过活动架219实现的，所述活动架219被配置为能够沿第一方向移动；激发光源238附接在活动架219上，并且沿第一方向排列；激发光滤光片237附接在活动架219上，并且沿第一方向排列；荧光滤光片220附接在活动架219上，并且沿第一方向排列。

所述荧光采集单元200包括：基架211；致动部212，设置在基架211上；主动轮213和从动轮224，所述主动轮213与致动部212传动连接；以及传动带214，包绕在主动轮213和从动轮224外，其中，所述活动架219通过固定部215固定在传动带214上，使得所述传动带214的移动带动活动架219移动。致动部212一般地选用电机，电机通过转接件223安装在基架211上。优选地，所述传动带214为齿形皮带，并且主动轮213和从动轮224上分别具有齿，齿形皮带卡在主动轮213和从动轮224上防止打滑。固定部215可以设置两组，每组固定部215包括两个夹块，将传动带214夹在两个夹块之间，其中一个夹块固定在活动架219上，另一个夹块压在所述一个夹块上，两个夹块可以通过螺栓固定。所述基架211上设置有导轨229，所述活动架219被配置为能够沿导轨229滑动，导轨229支撑活动架219并对活动架219起到限位的作用，导轨229可以为一条，也可以为平行的两条。在电机的带动下可以使传动带214移动，从而带动活动架219移动。

有利地，在基架211上设置安装位225，安装位225为从基架211的表面下凹的凹部，在安装位225内设置有安装基座226，从动轮224通过轴承安装在安装基座226上。所述基架211上还设置有支架216，所述图像采集部217设置在支架216上，并且所述荧光采集单元200还包括镜筒218，所述镜筒218设置在图像采集部217和荧光滤光片220之间，所述双胶合透镜组235设置在镜筒218内。镜筒218从图像采集部217延伸到荧光滤光片220，从而减少外界干扰。

下面参照图13-14描述本发明的实施例的活动架，所述活动架219包括：第一容纳部239，用于容纳所述至少两个荧光滤光片220；传动带安装段240，用于与传动带214固定连接；第二容纳部241，用于容纳激发光源238和激发光滤光片237，其中，传动带安装段240设置在第一容纳部239和第二容纳部241之间。第一容纳部239呈槽状，其底面具有滤光片安装孔位242，荧光滤光片220安装在滤光片安装孔位242中，第二容纳部241呈开放的L形，第一容纳部239和第二容纳部241均面向基架211，传动带安装段240背向于基架211，固定部215安装在传动带安装段240上，传动带安装段240的背侧呈U形槽状，这样在它的上面和下面均有朝向基架211延伸的突边，突边能够遮挡激发光和荧光，将激发光和荧光分离隔开，避免它们相互干扰，也能屏蔽外界杂散光。所述荧光采集单元200还包括镜架243和电路元件板244，所述镜架243和电路元件板244设置在第二容纳部241中；所述激发光透镜组236、激发光滤光片237设置在镜架243中。

如图12、15所示，激发光透镜组236包括了三个透镜，分别为第一透镜245、第二透镜246和第三透镜247，它们可以使用Led透镜、单凸透镜、双凸透镜或菲涅尔透镜的组合，它们起到准直、聚光、匀光的作用。在16、17所示的实施例中，活动架219以另一种形式呈现，它为平板形。

在本发明的荧光采集单元中，激发光源、激发光透镜组、激发光滤光片和荧光滤光片组成的功能组能够同时切换，切换时间短，相对于激发光透镜组和荧光透镜组分别单独切换的现有技术，本发明的荧光采集单元能够保证切换准确度，同时了消除分别切换的随机误差。本发明的激发光源采用单色光，例如单色Led，光源寿命长，光源稳定，占用空间小，并且结构简单紧凑。承载激发光源的活动架或镜架可以采用导热性能好的材料制成，激发光源可以焊接在其上，这能够保证激发光源的有效散热，避免因Led点亮后升温造成光源波动。

激发光源前使用激发光透镜组，保证了单Led光源的强度，同时保证光斑大小合适，光斑均匀，一致性好；此外，荧光端采用双胶合透镜组，达到了消除边缘畸变、消除色差、减小相差的效果。

图18-20示出了根据本发明的一个实施例的升降组件110，该升降组件110构成PCR仪的一部分，它的作用在于使PCR仪内的控温单元能够实现升降，以方便向其内装载试样或从其中取出试样。升降组件110通过支撑组件81和转接组件15实现了升降组件110和PCR仪内的控温单元100的连接。

PCR仪的控温单元已在前面进行了介绍，散热器16通过多个第一螺栓93固定在支撑组件17上，散热器16上还设置有转接组件15，散热器16通过多个第二螺栓94与转接组件15连接，特别地，在制热制冷管盘19和压固元件18的外侧有一圈围挡21，围挡21把制热制冷管盘19和压固元件18包围，围挡21的作用在于使制热制冷管盘19被相对封闭住，从而减少了制热制冷管盘19与外界的热交换，特别是能够避免来自风扇的风影响制热制冷管盘19的升温。

升降组件110包括支撑基座81、舵机82、安装元件83、同步轮85、弧形连杆86、支撑部87、支撑轴承88、导向柱91、直线轴承92等构成。支撑基座81作为升降组件110的承载元件，设置在PCR仪内，它为一个支撑板，舵机82设置在支撑基座81上，舵机82通过安装元件83固定设置在支撑基座81上，并且在舵机82与支撑基座81之间设置有硅胶垫。在具体实施例中，安装元件83的数量为两个，它们为L形板，一侧通过螺栓固定在支撑基座81上。特别地，每个安装元件83具有弧形内凹部98，所述弧形内凹部98用于避免安装元件83干涉舵机82的输出轴。同步轮85和弧形连杆86构成传动组件，传动组件与舵机82的输出轴连接。

支撑组件17可以直接地或间接地连接在传动组件上，并且被配置为在舵机82的驱动下在第一位置和第二位置之间改变，其中，第一位置的竖直高度大于第二位置的竖直高度。具体地，所述舵机82包括转盘84，用于输出旋转力矩；同步轮85被配置为与舵机82同步旋转地连接，所述同步轮85的一侧与转盘84固定连接；弧形连杆86的一端与同步轮85连接，使得同步轮85的旋转能够带动弧形连杆86在竖直方向上移动，所述弧形连杆86的另一端与转接组件15连接。所述同步轮85的另一侧支撑在支撑部87中，所述支撑部87设置在支撑基座81上，所述升降组件110还包括支撑轴承88，所述支撑轴承88在同步轮85的一侧和另一侧之间的中间位置支撑在同步轮85上。

在具体实施例中，所述同步轮85包括转轴和设置在转轴上间隔开的第一轮和第二轮，左侧的第一轮与转盘84固定连接，第一轮与转盘84具有相同的外周直径，并且它们分别具有多个螺栓孔，它们贴合在一起，使得螺栓孔相对应，然后利用多个第三螺栓95将同步轮85的第一轮与转盘84固定在一起，弧形连杆86的所述一端与所述第二轮连接，并且支撑轴承88位于第二轮下方、与第二轮接触；所述转轴支撑在支撑部87中。特别地，所述弧形连杆86包括两个弧形子连杆，两个弧形子连杆分别位于第二轮的两侧。

如图所示，所述升降组件110还包括两个导向柱91和两个直线轴承92，两个导向柱91分别设置在支撑基座81的两侧上，固定在支撑基座81上，直线轴承92被配置为滑动设置在导向柱91上，所述支撑组件17在两侧分别与一个直线轴承92固定连接。转接组件15呈U形，U形的底面支撑散热器16的底面，U形的两个竖直壁与散热器16的侧面贴合，第二螺栓94在U形的两个竖直壁上和散热器16的侧面上将转接组件15与散热器16固定，所述弧形连杆86的另一端与转接组件15通过第四螺栓96连接，而在两个弧形子连杆的下侧，它们通过第五螺栓97与第二轮固定。

本发明提供了一种升降组件，能够在PCR仪内实现控温单元的升降，本发明的制热制冷管盘、散热器等由支撑组件支撑，并且传动组件与散热器间接地连接，这样，在舵机的驱动下，舵机通过传动组件带动散热器、制热制冷管盘上升或下降。当需要向制热制冷管盘中装载或卸载PCR联管时，可以控制升降组件使制热制冷管盘下降，以便用于容纳PCR联管的抽屉能够伸出，方便取送PCR联管，而在PCR仪工作时，控制升降组件使制热制冷管盘上升到工作位置，以与PCR联管结合以便对PCR联管进行升温或降温。

现有的用于PCR仪的升降系统通常使用导轨导向，采用丝杠电机或凸轮结构，通常需要使用光电开关或是霍尔传感器等元件做原点检测。本发明的升降组件使用舵机作为致动装置，使用直线轴承与导向柱配合来引导支撑组件升降，舵机的控制电路简单，如果采用其他类型的电机还需要做电机控制模块，而采用舵机则不需要，目前相似仪器上没有使用舵机做升降系统的致动装置的。舵机可以任意角度控制启动与停止(0-360°)，其他电机则需要设置起始点和终止点(例如光电或是位移等传感器)，而且只能两点移动，采用舵机可以实现支撑组件的任意位置的悬停，此外，舵机的软件逻辑简单易实现。

本发明的升降组件的机械结构简单、紧凑，成本低廉，舵机安装在下侧的支撑基座上，支撑基座与舵机连接处安装有硅胶垫，可以实现柔性连接，保证舵机的输出轴不承受径向力，舵机自带转盘，转盘与同步轮用螺栓紧固，同步轮上安装有弧形连杆，弧形连杆上部与转接组件(以及散热器、支撑组件)连接，支撑组件沿着导向柱上下移动，使用直线轴承与导向柱配合，减小了滑动摩擦。此外，同步轮底部安装有支撑轴承，能够进一步防止舵机径向受力。

图21中示出了PCR仪下壳体101，在下壳体的顶部的一部分由隔板102封闭，在隔板102上设置有整合件221，整合件221用于与PCR仪的上部分中的光纤合束组件230连接，将光纤合束组件230整合在一起，整合件221中的多个光纤合束组件孔正是用于与光纤合束组件230连接，通过它们实现激发光和荧光的传输。在PCR仪下壳体101内设置有电源模块111，在PCR仪下壳体101上设置有总开关112。

控温单元100位于升降组件110之上，与升降组件110结合，可以在升降组件110的作用下上下移动，试样装载单元300位于控温单元100之上，当控温单元100上升时，试样装载单元300可以与控温单元110结合，从而可以利用控温单元100对试样进行控温，当控温单元100下降时，试样装载单元300与控温单元110脱离结合，此时，可以推动试样装载单元300的抽屉103伸出PCR仪，进行试样装载或卸载。

在使用时，控温单元100、升降组件110和试样装载单元300是联动的，保证在需要装载试样时，升降组件110带动控温单元100下降，与试样装载单元300脱离结合，然后试样装载单元300的抽屉伸出，当装样完毕需要进行工作时，试样装载单元300的抽屉回缩，升降组件110带动控温单元100上升，与试样装载单元300结合，进行控温。

试样装载单元300主要包括仓门104、丝杆电机114、丝杆115、抽屉103等。仓门104被配置为能够与PCR仪的壳体结合，仓门104能够围绕铰接点旋转实现开闭，具体地，在仓门104上设置有拉簧106、转臂113和推块107，在图示的实施例中，拉簧106、转臂113和推块107的数量分别为两个，拉簧106的一端与仓门104连接，另一端固定在PCR仪的壳体上，转臂113的一端固定在仓门104上，另一端铰接在PCR仪的壳体上，推块107设置在仓门104的面向抽屉103的一侧上，并且被配置为用于与抽屉103接触和接纳来自抽屉103的推力，推块107可以为翼片，与抽屉103接触的部分呈弧形。

丝杆电机114固定在PCR仪下壳体101内，丝杆115与丝杆电机114结合，并从丝杆电机114中伸出，抽屉103间接地与丝杆115连接，并被配置为能够在丝杆115的驱动下朝向仓门104或远离仓门104移动，具体地，所述丝杆115的一端与传动连杆116连接固定，传动连杆116的远离丝杆115的一端固定在抽屉103上。所述仓门104被配置为在所述抽屉103推动仓门104的作用力下能够打开以使所述抽屉103能够从PCR仪内伸出，并且在所述抽屉103回缩到PCR仪中后能够自动关闭。

下面结合图25-26对抽屉进行描述，所述抽屉103上设置有两个对称的轨道108，用于与PCR仪内的滑轨119配合，所述抽屉103内设置有容纳槽126，在所述容纳槽126中设置有承载座105，用于接纳PCR联管，当抽屉打开时，PCR联管放置在承载座105中，如图所示，承载座105中具有8个通孔，PCR联管的上端卡在承载座105上，PCR联管的下端从承载座105中伸出，以便能够伸入控温单元100的制热制冷管盘19中。

所述抽屉103的靠近丝杆电机114的一侧设置有连接位127，在连接位127内设置有固定孔位128，所述传动连杆116的远离丝杆115的一端通过固定孔位128与连接位127固定。所述抽屉103的竖直下侧设置有内围突起129和外围突起130，内围突起129和外围突起130均包围承载座105，并且内围突起129位于外围突起130内；所述内围突起129沿竖直方向的高度大于外围突起130沿竖直方向的高度。在抽屉103推动仓门104的过程中，所述内围突起129的底边或所述外围突起130的底边抵靠并推动推块107。内围突起129和外围突起130的作用在两方面，一方面，其底边可以作为推动推块107的部件，另一方面，它们与围挡21一起构成保温结构，该保温结构如图27-29所示，围挡21伸入内围突起129和外围突起130之间，从而内围突起129、外围突起130和围挡21一起形成的结构产生了腔室131，将制热制冷管盘19包围在其中，起到了包围的效果，制热制冷管盘19形成了8个管腔132，PCR联管的下端伸入管腔132中。

优选地，所述试样装载单元300还包括热盖120，所述热盖120包括电热膜，用于加热PCR联管；所述热盖120在抽屉103回缩的状态下浮动地设置在抽屉103的上方。在PCR仪的壳体内设置有隔板102，所述热盖120通过悬挂螺栓121设置在隔板102上，并且弹簧122设置在隔板102和热盖120之间、套设在悬挂螺栓121上。

本发明提供的试样装载单元装在PCR仪上后能够极大地方便PCR仪的试样装载，试样被设计为加载在抽屉内的承载座上，抽屉可以在丝杆电机的驱动下伸出或回缩，当需要装载试样时，控制丝杆电机将抽屉从PCR仪内推出，当试样装载完毕后控制抽屉回缩。当需要卸载试样时，执行相同的操作。试样装载单元还设置了单独的仓门，以封闭抽屉，在不使用PCR仪时或PCR仪正常工作时，仓门都是处于关闭状态，仅在抽屉需要从PCR仪内伸出时仓门才打开，防止了试样的外泄，能够提高生物安全。

仓门的打开和关闭是自动的，仓门通过转臂实现相对于PCR仪壳体的旋转，仓门在拉簧的作用下常闭，当抽屉向外伸出推动仓门内侧的推块时，仓门克服拉簧的拉力向外旋转从而打开，当抽屉内缩，仓门自动关闭。因此，仅使用抽屉的进出作为仓门的执行动力。抽屉的致动采用贯穿轴式丝杆电机，在起始位置和终点位置设置光电感应器，能够实现对抽屉的精确位置控制。此外，本发明采用浮动式热盖，本发明的控温单元对PCR联管的管壁进行加热和控温，热盖在PCR联管的上侧对其进行加热，在抽屉处于工作位时，热盖在弹簧的压力下紧贴在抽屉内的PCR联管上，而当抽屉需要移动时，由于升降组件首先带动控温单元下降，PCR联管不再被控温单元向上推压，因此PCR联管与热盖分开，从而抽屉能够顺利地被推出。

有利地，本发明的试样装载单元的抽屉采用特殊的结构，在抽屉的下底面上设置有两层突起，内围突起和外围突起，内围突起和外围突起均包围承载座，并且内围突起位于外围突起内，内围突起沿竖直方向的高度大于外围突起沿竖直方向的高度，相对应地，在PCR仪的控温单元这一侧，在制热制冷管盘的外围设置有围挡，内围突起、外围突起和围挡均呈矩形，当PCR仪工作时，控温单元上升靠近抽屉内的PCR联管，制热制冷管盘上升，使PCR联管正好进入制热制冷管盘中对PCR联管进行控温，上升后，控温单元的围挡正好伸入内围突起和外围突起之间的空间内，从而形成了更好地PCR联管、制热制冷管盘和承载座封闭，减少与外界的热交换，达到很好的保温效果。使用本发明的试样装载单元装载试样，装载过程简洁，能够减少操作过程对操作人员的依赖。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本发明的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种PCR仪，其特征在于，所述PCR仪包括：

试样装载单元(300)，用于向PCR仪中装载试样或从PCR仪中取出试样；

控温单元(100)，设置在试样装载单元(300)的下侧，用于使PCR联管升温和降温；

升降组件(110)，设置在控温单元(100)的下侧，用于使控温单元(100)上升或下降；以及

荧光采集单元(200)，设置在试样装载单元(300)的上侧，用于通过采集荧光信号检测PCR进程。

2.根据权利要求1所述的PCR仪，其特征在于，所述控温单元(100)包括：

变温元件(27)，被配置为能够在加热模式和制冷模式之间切换；

制热制冷管盘(19)，用于容纳PCR联管，所述制热制冷管盘(19)设置在变温元件(27)的一侧，并且被配置为在变温元件(27)的作用下升温或降温；

散热器(16)，设置在变温元件(27)的背离制热制冷管盘(19)的一侧；

涵道(24)，设置在散热器(16)的一侧；以及

风扇，所述风扇设置在涵道(24)的流体流动路径上。

3.根据权利要求2所述的PCR仪，其特征在于：

在变温元件(27)和制热制冷管盘(19)之间设置有石墨片(32)；和/或，在变温元件(27)和散热器(16)之间设置有石墨片(32)。

4.根据权利要求2所述的PCR仪，其特征在于，所述制热制冷管盘(19)包括：

导热底板(41)；

至少一个管座(42)，设置在导热底板(41)上；以及

温度传感器(44)。

5.根据权利要求1所述的PCR仪，其特征在于，所述荧光采集单元(200)包括：

至少两个激发光源(238)，被配置为分别发射不同波长的单色光；

激发光组件，被配置为接收来自激发光源(238)的单色光，并将单色光传输至待监测对象；

荧光组件，被配置为从待监测对象接收荧光并传输所述荧光；以及

图像采集部(217)，被配置为采集荧光组件传输的荧光，

其中，所述至少两个激发光源(238)被配置为能够一起移动以使得荧光采集单元(200)能够在一个激发光源(238)与激发光组件相对的第一状态和另一个激发光源(238)与激发光组件相对的第二状态之间改变。

6.根据权利要求5所述的PCR仪，其特征在于：所述荧光采集单元(200)还包括至少两个激发光滤光片(237)和至少两个荧光滤光片(220)，激发光滤光片(237)的数量与激发光源(238)的数量相同，荧光滤光片(220)的数量与激发光源(238)的数量相同；

每个激发光源(238)与一个激发光滤光片(237)和一个荧光滤光片(220)形成一个功能组，以形成至少两个功能组；

所述至少两个功能组被配置为能够一起移动以使得在第一时刻一个功能组的激发光源(238)和激发光滤光片(237)与激发光组件相对并且所述一个功能组的荧光滤光片(220)与荧光组件相对，而在与第一时刻不同的第二时刻，另一个功能组的激发光源(238)和激发光滤光片(237)与激发光组件相对并且所述另一个功能组的荧光滤光片(220)与荧光组件相对。

7.根据权利要求1所述的PCR仪，其特征在于，所述升降组件(110)包括：

支撑基座(81)；

舵机(82)，设置在支撑基座(81)上；

传动组件，与舵机(82)连接；以及

支撑组件(17)，直接地或间接地连接在传动组件上，并且被配置为在舵机(82)的驱动下在第一位置和第二位置之间改变，其中，第一位置的竖直高度大于第二位置的竖直高度。

8.根据权利要求7所述的PCR仪，其特征在于，所述升降组件(110)还包括：

导向柱(91)，设置在支撑基座(81)上；

直线轴承(92)，被配置为滑动设置在导向柱(91)上，

其中，所述支撑组件(17)与直线轴承(92)固定连接。

9.根据权利要求1所述的PCR仪，其特征在于，所述试样装载单元(300)包括：

仓门(104)，被配置为能够与PCR仪的壳体结合；

丝杆电机(114)；

丝杆(115)，与丝杆电机(114)结合，并从丝杆电机(114)中伸出；以及

抽屉(103)，直接地或间接地与丝杆(115)连接，并被配置为能够在丝杆(115)的驱动下朝向仓门(104)或远离仓门(104)移动，

其中，所述仓门(104)被配置为在所述抽屉(103)推动仓门(104)的作用力下能够打开以使所述抽屉(103)能够从PCR仪内伸出，并且在所述抽屉(103)回缩到PCR仪中后能够自动关闭。

10.根据权利要求9所述的PCR仪，其特征在于：所述试样装载单元(300)还包括热盖(120)，所述热盖(120)包括电热膜，用于加热PCR联管；

所述热盖(120)在抽屉(103)回缩的状态下浮动地设置在抽屉(103)的上方。