CN118150004A - 一种多通道高精度校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多通道高精度校准装置，涉及检测设备领域，包括上壳、下壳、反射层、温度传感器和散射罩，上壳中部开设有光孔以将LED灯光或激光射入上壳内，温度传感器放入下壳内，下壳螺纹连接在上壳下部并伸入PCR仪内以检测温度；圆台状的反射层固连在上壳内，透明的散射罩固连在反射层外围的上壳上，反射层将光孔内的光线反射至散射罩处以散发光用于模拟荧光，本发明具有能够检测PCR仪内对温度和荧光的检测是否准确的优点。

Description

一种多通道高精度校准装置

技术领域

本发明涉及检测设备技术领域，尤其涉及一种多通道高精度校准装置。

背景技术

1985年美国PE-Cetus公司人类遗传研究室的Mullis等发明了具有划时代意义的聚合酶链反应，中文译为聚合酶链式反应。聚合酶链式反应是一种DNA的快速扩增技术。其中PCR技术通过两个短的称为引物的DNA小片段和一种耐热的酶的作用，可以在3个小时内把特定的DNA量提高1000万倍。医院里检验血液、痰液、拭子中的某种病毒通过PCR技术扩增，就可以判断出样本中是否带有该种病毒。但是聚合酶链反应过程中对温度的要求非常严苛，反应过程DNA的变性、退火、延伸所对应的温度都必须达到非常高的要求，其温度性能包括准确性、均匀性、升降温速率等。在PCR仪的生产过程中必须要对温度进行标定校准，而且市场上的PCR仪长期使用后温度性能必然出现衰减的现象，所以也必须定期进行温度测量校准。

通常对于仪器内金属块的检测是使用单通道或多通道的温度传感器进行测量，测量时需要在金属块检测孔内加导热介质，导热介质可能是水、油、导热硅脂、导热胶等，然后把温度传感器放置在导热介质中进行温度检测。这种检测方法难度非常大，操作异常艰难，在测量高温时，水、油这种液体导热介质容易蒸发，而且加到检测孔需要借助高精度专业移液枪，对检测人员的要求很高。对于导热硅脂和导热胶类的膏状导热介质来说，加入不同孔内的量也很难把握，而且温度传感器难以固定，在检测孔中的位置也难以保持一致，导致测试结果很不稳定，温度检测结束后还要对金属块的检测孔进行清洁，很容易对仪器内的金属块和光学器件造成污染。

另外，有些PCR仪可以通过荧光物质随DNA扩增而检测荧光信号来实时监测PCR反应的进程，通过荧光染料来标记dsDNA，从而发出荧光信号，可以用荧光染料如SYBR GreenI的非特异性办法检测扩增产物，因为SYBR Green I能与所有的双链DNA相结合，所以不必因为模板不同而特别定制，因此它通用性好，且价格相对较低。在实验过程汇总，PCR管上可能会被标记，这会产生较高的背景信号污染，可以通过荧光校准有效排除这些污染对荧光信号的影响。传统的化学方法校准非常依赖于特定的化学试剂来产生荧光信号，然而这些试剂本身的性质、纯度和稳定性可能会影响校准的准确性。由于不同厂家、不同批次的化学试剂可能存在差异，因此也较难建立工认的荧光校准标准。

因此，针对以上不足，需要提供一种多通道高精度校准装置。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决常规的PCR仪的温度和荧光污染校准准确度低，难度大的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多通道高精度校准装置，包括上壳、下壳、反射层、温度传感器和散射罩，上壳中部开设有光孔以将LED灯光或激光射入上壳内，温度传感器放入下壳内，下壳螺纹连接在上壳下部并伸入PCR仪内以检测温度；圆台状的反射层固连在上壳内，透明的散射罩固连在反射层外围的上壳上，反射层将光孔内的光线反射至散射罩处以散发光用于模拟荧光。

作为对本发明的进一步说明，优选地，反射层上贴有光滑的银色铝箔，光孔内入射LED灯光，通过对比调节LED灯光亮度以及PCR仪检测的亮度，对PCR仪进行校准。

作为对本发明的进一步说明，优选地，反射层上填充有含有澜系稀土元素的荧光层，光孔内入射激光激发荧光，关闭激光对荧光亮度和衰减进行检测以获取亮度和温度信息对PCR仪进行校准。

作为对本发明的进一步说明，优选地，上壳采用非金属材料，下壳采用纯铜制成。

作为对本发明的进一步说明，优选地，下壳内填充有导热胶以固定温度传感器，温度传感器上连接有信号线，上壳位于散射罩上部一侧开设有线孔，信号线穿过反射层和线孔伸出上壳外。

作为对本发明的进一步说明，优选地，反射层中部插接有回转体结构的封套，封套采用非金属隔热材料制成，封套上部为圆台状且斜面为反射面，反射面与反射层斜面处于同一圆锥面；封套中部开设有直径大于信号线直径0.5mm的孔，信号线穿过孔伸入上壳内。

作为对本发明的进一步说明，优选地，封套顶部固连有块状的夹块，夹块中部开设有穿孔以使尖头向内弯折的尖嘴镊子插入穿孔内。

作为对本发明的进一步说明，优选地，若干个上壳间隔插入条状或盘装的连接板上，连接板包括固定板和基板，固定板为带孔的平板，上壳上部固连有非回转体结构的限位板，基板底端面开设有与限位板外形相同的限位槽，上壳插入固定板并将基板扣下与限位板扣合。

作为对本发明的进一步说明，优选地，限位板与限位槽具有0.1mm-0.2mm的间隙。

作为对本发明的进一步说明，优选地，上壳伸出基板一端为顶帽，顶帽内插有环状或十字状的柔性调节帽。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明通过新设计一种探测装置，只需将装置放入PCR仪内的检测孔内，即可对PCR仪进行准确的温度测量，省事省力。通过对装置的稳定固定以及定位准确，还能使光线顺利进入装置内，借助反射层的反射以及散射罩有条件地散射，模拟荧光效果，通过对比PCR仪检测值和设定的发光值，即可判断是否有荧光污染，进而可以实现对PCR仪的荧光校准。

附图说明

图1是本发明的单通道检测装置结构图；

图2是本发明的单通道检测装置俯视图；

图3是本发明的单通道检测装置局部剖面图；

图4是图3中A的放大图；

图5是本发明的单通道检测装置检测原理图；

图6是本发明的多通道检测装置结构图；

图7是本发明的多通道检测装置连接板爆炸图。

图中：1、上壳；11、顶帽；12、光孔；13、限位板；14、加强柱；15、线孔；16、调节帽；2、下壳；21、探头；22、夹槽；3、反射层；4、温度传感器；41、信号线；5、散射罩；6、封套；61、反射面；62、夹块；63、穿孔；7、连接板；71、固定板；72、基板；73、限位槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种多通道高精度校准装置，结合图1、图3，包括上壳1、下壳2、反射层3、温度传感器4和散射罩5，上壳1中部可射入LED灯光或激光，温度传感器4放入下壳2内，下壳2螺纹连接在上壳1下部并伸入PCR仪内以检测温度。圆台状的反射层3固连在上壳1内，透明的散射罩5固连在反射层3外围的上壳1上，反射层3将进入上壳1的光线反射至散射罩5处以散发光用于模拟荧光。

结合图2、图3，上壳1为上下两段式的回转体结构，上壳1可采用耐高温导热率低的非金属材料，例如PEEK、电木、纤维树脂类的合成材料等，设置上壳1用于固定下壳2。上段的上壳1设有截面为凹字形的顶帽11，顶帽11中部开设有光孔12，光孔12贯穿上壳1可使光线照入上壳1内。上壳1上部固连有非回转体结构的限位板13，设置限位板13用于组合多通道的校准装置。

结合图2、图3，下壳2采用纯铜或纯银制成，下壳2下端设有与下壳2同材质的探头21，探头21外径小于下壳2外径。下壳2与探头21相接处开设有夹槽22，夹槽22位于下壳2轴线两侧，可使用工具夹持下壳2以便于将下壳2旋入或旋出上壳1。下壳2内开设有空腔并使下壳2上端面开放，温度传感器4可通过开放端放入下壳2内的空腔中。铜与银的导热性极佳，几乎可以使下壳2内外温度一致。此外为进一步提升测量精度，装置伸入检测孔时探头21以及外围斜面与检测孔内表面贴合，上壳1不与检测孔贴合。

结合图2、图3，反射层3固连在下段上壳1的顶部，反射层3为圆锥面，中部开设有阶梯孔。反射层3上贴有光滑的银色铝箔，光孔12内入射LED灯光，可以通过对比调节LED灯光亮度以及PCR仪检测的亮度，对PCR仪进行荧光校准。同时采用银色铝箔通过反射热辐射，减少热量的吸收和传递，在使用激光作为光源时能够避免对下壳2内的温度传感器造成检测误差。在使用可调节亮度的LED灯作为光源且温度传感器4选用PT1000时，也能够避免LED灯长时间发热造成温度传感器4在升温过程中产生不平稳的增长，影响对PCR仪升温效果的判断。

另外，还可将反射层3替换为填充有含有澜系稀土元素的荧光层，澜系元素可以选用Er或者Nd。通过向光孔12内入射激光激发荧光，荧光层消耗能量激发电子，之后电子返回基态并以发光的形式释放能量，其中荧光层的发射强度可表示为：

其中表示初始时刻的发射强度；

为时间；

为荧光衰减寿命，由于温度能够影响荧光衰减的速度，因此可以通过计算/>获得此时被测物体的温度。

基于上述公式，关闭激光后利用光检测器对荧光亮度和衰减进行检测，借助计算机可同时对温度和荧光亮度进行计算和检测，并且结合温度传感器4进行对比检测，可以更进一步提升检测精度，进而能够对PCR仪进行准确校准。

结合图2、图3，温度传感器4根据PCR仪的型号以及需要检测的精度可选用PT100、PT1000、NTC热敏电阻等精密测温探头。下壳2内填充有高强度高导热系数的导热胶以将温度传感器4胶合固定在下壳2内，温度传感器4上连接有信号线41，上段的上壳1位于散射罩5上部一侧开设有线孔15，信号线41穿过反射层3的阶梯孔和线孔15伸出上壳1外并与采集主板电性连接。

结合图3、图5，散射罩5为透明非金属壳体，散射罩5固定在上段上壳1和下段上壳1之间，散射罩5表面不光滑，用于将反射层3反射的光线进行散射，以达到模拟荧光的效果。此外为提升两段上壳1的连接强度，可在散射罩5四周间隔固连四根加强柱14，加强柱14分别与散射罩5和上壳1固连，确保上壳1结构稳固。

结合图3、图4，反射层3中部插接有回转体结构的封套6，封套6采用非金属隔热材料制成，封套6上部为圆台状且斜面为反射面61，反射面61与反射层3斜面处于同一圆锥面；封套6中部开设有直径大于信号线直径0.5mm的孔，信号线41穿过孔伸入上壳1内。设置封套6可避免激光射入下壳2内，进而避免激光直射温度传感器4使温度传感器4周边升温对温度传感器4造成测量误差。封套6顶部固连有块状的夹块62，夹块62中部开设有穿孔63以使尖头向内弯折的尖嘴镊子插入穿孔63内。设置夹块62方便将封套6安装入反射层3内，借助信号线41的向外侧扩张移动的趋势，使封套6产生膨胀以与反射层3过盈配合，使得封套6与反射层3连接稳固。

结合图6、图7，当需要对多个检测孔进行校准时，可通过连接板7将多个单通道的检测器组合为多通道的测温单元，连接板7可以为多边形或者回转体。连接板7包括固定板71和基板72，固定板71为带孔的平板，基板72底端面开设有与限位板13外形相同的限位槽73，若干个上壳1间隔插入固定板71并将基板72扣下使限位槽73与限位板13扣合，实现多通道测温单元的拼装。其中限位板13与限位槽73具有0.1mm～0.2mm的间隙，用于间隙限位。设置间隙限位既能保证每个测温单元在X轴、Y轴、Z轴三个方向不会产生较大晃动，又可使每个测温单元结构上微尺寸上的相对独立，弥补被检测孔加工误差,顶帽11伸出基板72一端内插有环状或十字状的柔性调节帽16，在测量孔内温度时需要把被测仪器的开关盖关闭，此时调节帽16与开关盖接触，接触面为平面对测温单元进行施加压力，使被测仪器的开关盖或重物压紧每个测温单元，调节帽16富有弹性，可以弥补开关盖或重物的接触平面不平衡或由于接触面加工误差造成的平面度误差，使每个测温单元的金属探头21都能较好的与检测孔内表面紧密贴合。同时可使开关盖外的光源能够顺利照射进光孔12内，还可避免反射层3位置偏移导致检测孔内亮度不足的问题。

综上所述，本发明通过设计新式的校准装置，只需把校准装置放入被测仪器的检测孔内，上面用砝码等重物压住，或用仪器自带盖体压合固定，使温度探测端与被测金属孔紧密贴合。采集主板端接入电源，通过蓝牙模块进行无线数据传输，使用与多通道高精度温度检测仪的人机交互软件配合对温度和荧光亮度进行采集分析处理，从而测得实时温度值和荧光值。软件可对实时采集的温度和荧光亮度进行曲线绘制，可对任意区间的温度进行分析处理得出各个被测温度点的升降温速率、温度准确度、控温精度、温度均匀性以及荧光衰减程度等参数，获得数据准确稳定，重复检测结果一致性好。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多通道高精度校准装置，其特征在于：包括上壳（1）、下壳（2）、反射层（3）、温度传感器（4）和散射罩（5），上壳（1）中部开设有光孔（12）以将LED灯光或激光射入上壳（1）内，温度传感器（4）放入下壳（2）内，下壳（2）螺纹连接在上壳（1）下部并伸入PCR仪内以检测温度；圆台状的反射层（3）固连在上壳（1）内，透明的散射罩（5）固连在反射层（3）外围的上壳（1）上，反射层（3）将光孔（12）内的光线反射至散射罩（5）处以散发光用于模拟荧光。

2.根据权利要求1所述的一种多通道高精度校准装置，其特征在于：反射层（3）上贴有光滑的银色铝箔，光孔（12）内入射LED灯光，通过对比调节LED灯光亮度以及PCR仪检测的亮度，对PCR仪进行校准。

3.根据权利要求1所述的一种多通道高精度校准装置，其特征在于：反射层（3）上填充有含有澜系稀土元素的荧光层，光孔（12）内入射激光激发荧光，关闭激光对荧光亮度和衰减进行检测以获取亮度和温度信息对PCR仪进行校准。

4.根据权利要求1所述的一种多通道高精度校准装置，其特征在于：上壳（1）采用非金属材料，下壳（2）采用纯铜制成。

5.根据权利要求4所述的一种多通道高精度校准装置，其特征在于：下壳（2）内填充有导热胶以固定温度传感器（4），温度传感器（4）上连接有信号线（41），上壳（1）位于散射罩（5）上部一侧开设有线孔（15），信号线（41）穿过反射层（3）和线孔（15）伸出上壳（1）外。

6.根据权利要求5所述的一种多通道高精度校准装置，其特征在于：反射层（3）中部插接有回转体结构的封套（6），封套（6）采用非金属隔热材料制成，封套（6）上部为圆台状且斜面为反射面（61），反射面（61）与反射层（3）斜面处于同一圆锥面；封套（6）中部开设有直径大于信号线（41）直径0.5mm的孔，信号线（41）穿过孔伸入上壳（1）内。

7.根据权利要求6所述的一种多通道高精度校准装置，其特征在于：封套（6）顶部固连有块状的夹块（62），夹块（62）中部开设有穿孔（63）以使尖头向内弯折的尖嘴镊子插入穿孔（63）内。

8.根据权利要求1所述的一种多通道高精度校准装置，其特征在于：若干个上壳（1）间隔插入条状或盘装的连接板（7）上，连接板（7）包括固定板（71）和基板（72），固定板（71）为带孔的平板，上壳（1）上部固连有非回转体结构的限位板（13），基板（72）底端面开设有与限位板（13）外形相同的限位槽（73），上壳（1）插入固定板（71）并将基板（72）扣下与限位板（13）扣合。

9.根据权利要求8所述的一种多通道高精度校准装置，其特征在于：限位板（13）与限位槽（73）具有0.1mm-0.2mm的间隙。

10.根据权利要求9所述的一种多通道高精度校准装置，其特征在于：上壳（1）伸出基板（72）一端为顶帽（11），顶帽（11）内插有环状或十字状的柔性调节帽（16）。