CN204939449U - 一种新型微型化便携式pcr仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型微型化便携式PCR仪，主要包括加热仓、降温仓、水平移动装置、样品台、加热盖、电子控制装置、电池电源以及机壳等。该PCR仪的加热仓和降温仓可在电子装置的控制下利用电池能量为电源进行驱动，样品台通过水平移动装置在加热仓和降温仓之间转移，可实现对样品的快速升降温。本实用新型避免了传统PCR仪中出现的对控温模块反复升降温的过程，极大地提高了能源利用效率，简化了控制程序，使得PCR的扩增时间由以往的1小时以上大幅度缩短到10至20分钟。本实用新型设计的PCR仪可以电池为电源，实现微型化和便携式，可广泛应用于野外等现场检测以及对突发性传染病的快速检测。

Description

一种新型微型化便携式PCR仪

技术领域

本发明涉及一种PCR仪，具体涉及一种新型微型化便携式PCR仪。

本发明涉及一种新型微型化便携式PCR仪，主要包括加热仓、降温仓、水平移动装置、样品台、加热盖、电子控制装置、电池电源以及机壳等。该PCR仪的加热仓和降温仓可在电子装置的控制下利用电池能量为电源进行驱动，样品台通过水平移动装置在加热仓和降温仓之间转移，可实现对样品的快速升降温。本发明避免了传统PCR仪中出现的对控温模块反复升降温的过程，极大地提高了能源利用效率，简化了控制程序，使得PCR的扩增时间由以往的1小时以上大幅度缩短到10至20分钟。本发明设计的PCR仪可以电池为电源，实现微型化和便携式，可广泛应用于野外等现场检测以及对突发性传染病的快速检测。

背景技术

聚合酶链式反应(polymerasechainreaction，PCR反应)是分子生物学领域中一种最常用也是最重要的技术。在PCR反应中，DNA模板和特异性引物在耐热DNA聚合酶的作用下，经过多轮的变性、退火和延伸的温度循环，使目标DNA片段得到指数级别的扩增，从而可实现对目标基因片段的进一步操作。

PCR仪是实现PCR反应必不可少的设备。根据PCR反应原理，PCR仪的主要功能就是对反应样品进行程序控制的升降温，使反应物不断经历变性、退火和延伸的温度循环以达到扩增基因的目的。一个标准的PCR反应温度循环通常设有3个温度：第一个是变性温度，通常为94～98℃；第二个是退火温度，通常为50～65℃；第三个是延伸温度，通常为68～74℃。在每个温度下保持反应一段时间(几十秒至几分钟，由扩增片段的长度决定)。简化的两步法PCR反应将退火和延伸温度合并设定为一个温度。

经过优化的PCR反应对温度条件具有极强的宽容性，即反应在95℃以上的高温条件下变性和在70℃左右进行退火和延伸即可，对温度的精确性并没有过高的要求。

PCR仪的主要技术指标为升降温的速率。使用者都希望PCR仪有较快的升降温速率。这不仅是为了加快整个PCR过程，提高工作效率，也是为了减少在降温过程中可能带来的引物错误起始(mis-priming)。提高PCR仪变温速率，特别是降温速率，是一项技术的挑战。

目前常规的PCR通常采用TE片(thermoelectriceffect片，半导体制冷片，Peltier制冷片)作为升降温模块。该类PCR仪的优点是控温精确，缺点是成本高，体积大，能源利用效率极低，绝大部分能耗都用于TE片的升降温。而且该型PCR仪必须使用固定电源，不能实现微型化和便携式，不能用于野外现场检测。目前有一类PCR仪器的专利设计中采用了固定热源，即在PCR仪中放置3个固定温度的加热模块，分别作为变性、退火和延伸的热源，让样品在三个热源之间通过圆周运动或直线运动进行反复循环。但是这类设计的主要缺点在于三个热源之间的温度差小，样品在热源上热交换速度慢，升降温所需的时间长，如从98℃的变性热源上转移到60℃的退火热源上，样品的降温过程非常缓慢；从72℃的延伸热源上转移到98℃的变性热源上，样品的升温过程同样非常缓慢。因此这类专利并没有得到真正的实际应用。

本发明的目的是提供一种新型的微型化便携式PCR仪，内设加热仓和降温仓，可在电子装置的控制下利用电池能量为电源进行驱动，样品在加热仓和降温仓之间转移，可实现快速升降温。本专利可以克服上述两类PCR仪的缺点，提高能源利用效率，实现微型化和便携式，可用于野外现场检测。

发明内容

本发明的技术方案如下：

一种新型PCR仪，包括：

一个机壳；

一个由高导热性材料(如铝合金)制成的样品台，用于放置PCR反应管；

一个可通过电子装置控制的可预设温度的加热仓，加热仓中热源采用TE片或电阻等加热模块，可使其温度在70-100℃之间调节并设定，加热仓主要为PCR反应提供较高的反应温度；

一个可通过电子装置控制的用于快速降温的降温仓，降温仓可采用风扇气冷或水冷等方式为样品台快速降温，并通过控制风扇功率和时间从而控制降温速率及最终的温度；

一个可通过电子装置控制的水平移动装置，其上固定样品台，可在加热仓和降温仓上方做直线往复机械运动，使PCR反应样品在高温和低温间转移。

一个高温(约100℃)加热盖，与移动样品台紧密连接，在PCR过程中，加热盖压在PCR样品管上，可防止水分蒸发后凝聚在样品管顶部，同时，加热盖的压力可使样品管与样品台紧密接触，保证温度的充分扩散和传递。

一套电子控制装置，可通过编程控制样品台在加热仓、降温仓之间的移动以及停留时间。

附图说明

图1便携式PCR仪内部模块示意图(截面图)

图2便携式PCR仪内部模块示意图(透视图)

图中所示分别为：

(1)加热仓，(2)降温仓，(3)样品台，(4)水平移动装置，

(5)加热盖，(6)电子控制装置，(7)电池电源

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，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。

如附图1、附图2所示，一种新型微型化便携式PCR仪，包括PCR仪加热仓、降温仓、水平移动装置、样品台、加热盖、电子控制装置、电池电源等。将PCR反应试剂配制好以后，加入到标准PCR反应管中，将PCR反应管置于样品台上的反应孔中，盖好加热盖。通过电子控制装置输入PCR反应的循环程序：设置预变性温度为95℃，样品台在加热仓停留3min；设置变性温度为95℃，样品台在加热仓停留20sec；设置退火和延伸温度为68℃，样品台在降温仓停留20sec；反应循环数为35个循环。按照上述程序，可以进行一个标准的两步法PCR反应。

在该反应中，变性温度是通过加热仓中的加热电阻或TE片得到的，快速降温是通过降温仓中的风扇气冷或水冷等方式为样品台快速降温，并通过控制风扇功率和时间从而控制降温速率及最终的温度。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种新型微型化便携式PCR仪，主要包括以下部件：

一个机壳；

一个样品台，由高导热性材料制成，用于放置PCR反应管；

一个高温加热盖，与移动样品台紧密连接；

一个加热仓，可预设温度，为PCR反应提供较高的反应温度；

一个降温仓，可快速降温，用于控制降温速率及最终的温度；

一个水平移动装置，其上固定样品台，可在加热仓和降温仓上方做直线往复机械运动，使PCR反应样品在高温和低温间转移；

一套电子控制装置，可通过编程控制加热温度、降温速率、样品台在加热仓、降温仓之间的移动以及停留时间等。

2.根据权利要求1所述的PCR仪，其特征在于，在最大程度上简化了PCR仪的主体结构，利用固定热源作为加热仓实现对样品的快速升温，利用风冷或水冷作为降温仓实现对样品的快速降温，并通过水平移动装置使样品台在高、低温之间快速转换。

3.根据权利要求1所述的PCR仪，其特征在于，可以电池作为电源，实现仪器的微型化，制造便携式PCR仪，可用于野外等现场检测。

4.根据权利要求1所述的PCR仪，其特征在于，该PCR仪采用固定的高温源和低温源，避免了对TE片的反复升降温，提高了能源使用效率。