CN207435446U - 一种pcr仪控温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及生物医学设备技术领域，具体涉及一种PCR仪控温系统，包括试剂槽、半导体制冷片、散热片、温度传感器以及自动控制电路。试剂槽用于盛放PCR反应的试管，半导体制冷片用于对试剂槽加热和制冷，散热片用于辅助半导体制冷片散热或吸热，温度传感器用于获取试剂槽的温度，自动控制电路用于控制半导体制冷片的电流大小和方向，试剂槽上设有单排的试管孔，半导体制冷片设置在试剂槽的侧面。本实用新型所提供的一种PCR仪控温系统，能够解决现有PCR仪控温系统升降温速度慢，加热不均匀的问题，进而提高DNA扩增速度。

Description

一种PCR仪控温系统

技术领域

本实用新型涉及生物医学设备技术领域，具体而言，涉及一种PCR仪控温系统。

背景技术

PCR反应又称聚合酶链式反应，是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，它是一种生物DNA体外的复制的技术，PCR扩增DNA片段的过程通常包括变性、退火和延伸三个基本反应步骤。重复循环变性、退火、延伸三步骤就可实现DNA片段的复制。

在这三个步骤中，变性的温度通常要控制在93℃左右，退火的温度则要降至55℃左右，引物延伸时，则要求温度在72℃左右。PCR扩增仪是一种用于进行PCR 扩增反应的仪器，其核心就是它的温控系统，由于DNA在温度合适时复制的速度非常快，因此对于PCR扩增仪，升降温的速度以及温度控制的精度都是影响PCR扩增速度和效率的重要因素。

现有的PCR扩增仪的温控系统通常包括用于插放反应试管的试剂槽、放置在试剂槽下方既可加热也可制冷的半导体制冷片、与半导体制冷片紧贴的散热片以及传感器和自动控制电路，试剂槽通常选用导热良好的材料制成，其上设置多行均匀分布的用于盛装试管的试管孔，自动控制电路通过传感器获取试剂槽温度。工作时，控制电路通过传感器获取试剂槽温度数据，然后控制半导体制冷片的电流大小和方向，进而对试剂槽进行加热或散热，实现温度控制。

但是，这种温控系统，采用多行试管孔的试剂槽，由于试管孔之间需要按标准设置一定的间距，因而体积较大，试剂槽自身升降温所需的时间长，导致升降温速度慢；由于半导体制冷片自身存在边沿效应，其边缘温度与中心温度存在较大的温差，使试剂槽各个试管孔温度不均匀，影响DNA扩增速度和质量。

实用新型内容

本实用新型意在提供一种PCR仪控温系统，能够解决现有PCR仪控温系统升降温速度慢的问题，进而提高DNA扩增速度。

为了解决上述技术问题，本专利提供如下基础技术方案：

一种PCR仪控温系统，包括用于盛放试管的试剂槽，用于对试剂槽加热和制冷的半导体制冷片，用于辅助半导体制冷片散热或吸热的散热片，用于获取试剂槽温度的温度传感器以及用于控制半导体制冷片电流大小和方向的自动控制电路，所述试剂槽上设有单排的试管孔，所述半导体制冷片设置在试剂槽的侧面。

本实用新型方案中，通过设置试剂槽上的试管孔为单排试管孔，可以减小试剂槽的厚度，进而减少试剂槽的体积和质量，从而使试剂槽升高或降低同样温度所需的加热量或制冷量就会更少，进而可以实现更高的试剂槽升降温速率，提升DNA扩增速度。

单排试管孔虽然减少了试剂槽的体积，但是同时也使试剂槽与半导体制冷片的接触面积变小，带来了热传递效率降低的问题，因此同时将半导体制冷片设置在试剂槽的一侧，增大半导体制冷片与试剂槽的接触面积，增大热传导效率，进一步提升试剂槽的升降温速率，提高DNA扩增效率。

进一步，所述试管孔为通孔，所述试剂槽远离半导体制冷片一侧的侧壁与每个试管孔对应位置设置进光孔，所述进光孔与试管孔连通。

现有的PCR 仪器都是从顶部发射激发光线来激活荧光，而且发出的荧光又需要被反射到顶部进行探测和采集，不利于装置体积的缩小，且光路复杂，影响成像效果。本方案通过设置进光孔，使激发光线从侧面照射反应试管，试管孔为通孔，可以将摄像机设置在试剂槽下方，可以提升光学信躁比，缩短了光程，使仪器更小巧便携，同时避免了现有的PCR仪在试剂槽上方设置摄像机导致的反应试管取放不方便的问题。

进一步，所述半导体制冷片为多片。

多片半导体制冷片可以降低半导体制冷片边沿效应所带来的加热不均匀的问题。

进一步，所述半导体制冷片为两片。

两片半导体制冷片即可比较有效的降低加热不均匀的问题，由于每个半导体制冷片本身性质存在差异，如果半导体制冷片数量过多，反而容易因为半导体制冷片之间自身差异而带来加热不稳定和不均匀的问题，且需要更多的温度传感器来进行检测。

进一步，所述温度传感器设置在半导体制冷片的中心。

温度传感器设置在半导体制冷片的中心，使取样点温度与试剂的实际温度更加接近，从而保证了PCR仪热循环时温度的准确度。

进一步，所述半导体制冷片与试剂槽、半导体制冷片与散热片之间设有导热硅脂。

导热硅脂可以填充半导体制冷片与试剂槽、半导体制冷片与散热片之间的空隙，提高热传导效率，提高冷热循环的速度。

进一步，所述半导体制冷片的高度为试剂槽试管孔深度的1.5倍。

减小了半导体制冷片加热时的边沿效应，使整个试剂槽可以达到较高的温度均匀性。

附图说明

图1为本实用新型一种PCR仪控温系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

附图标记说明：试剂槽1、半导体制冷片2、散热片3、试管孔4、温度取样孔5、导热硅脂6、进光孔7。

如图1所示，本实施例一种PCR仪控温系统包括试剂槽1、半导体制冷片2、散热片3、温度传感器以及自动控制电路。

其中，试剂槽1上设有单排排列的试管孔4，用来盛放进行PCR反应的试管，试剂槽1的两端设有温度取样孔5，用来放入温度传感器，试剂槽1一侧设有固定板，用来将试剂槽1与散热片3固定在一起，固定板可以选择与试剂槽1一体成型，也可以采用两者分离的方式，采用分离方式时，为了使试剂槽1的温度不通过固定板散发到散热片3上，可以使固定板的周边采用隔热材料，如真空隔热材料或玻璃纤维材料等，并在固定板与试剂槽1直接对应的位置采用与试剂槽1相同的导热材料；也可以使固定板采用隔热材料，同时将固定板中心对应试剂槽1位置挖空，使试剂槽1嵌入固定板中，通过螺栓等连接固定板和试剂槽1。

半导体制冷片2用来对试剂槽1进行加热或制冷，其设置在散热片3与试剂槽1之间，具体的来说，是设置在试剂槽1的一侧，其从试剂槽1的侧面为试剂槽1加热或制冷，半导体制冷片2与试剂槽1、半导体制冷片2与散热片3之间均设有导热硅脂6，用以填充半导体制冷片2与试剂槽1、半导体制冷片2与散热片3之间的空隙，提高导热效率，导热硅脂6优先选用PCR仪专用的进口导热硅脂6，这种导热硅脂6具有很高的导热系数，且很难挥发，从而使设备保持长期稳定性；

试管孔4为通孔，其孔径由上至下逐渐缩小，用以支撑反应试管，试剂槽1远离半导体制冷片2一侧的侧壁与每个试管孔4对应位置设置进光孔7，所述进光孔7与试管孔4连通；

散热片3采用常见的鳍片式散热片3，其上设置有用来容纳半导体制冷片2的凹槽，本实施例中，采用螺钉固定试剂槽1与散热片3，因此试剂槽1的固定板和散热片3上均开有用于固定的孔；

本实施例中，半导体制冷片2共有两片，在散热片3中沿水平方向放置，每一片的长度和试剂槽1的总长度相同，每一片的高度均为试剂槽1的试管孔4深度的1.5倍，试剂槽1设置在两片半导体制冷片2所组成的矩形区域的中心位置，试剂槽1两端的温度取样孔5分别对应左右两片半导体制冷片2的中心，温度传感器有两个，分别放置在温度取样孔5中，恰好可以采集半导体制冷片2的中心温度；自动控制电路用来根据温度传感器的数据和PCR过程所需的温度，自动控制每片半导体制冷片2的电流大小和方向，实现对试剂槽1的温度控制。

自动控制电路采用现有的PID控制算法根据温度传感器的数据和预设的持续时间进行温度调控，升温时，自动控制电路控制半导体制冷片2通正向电流，使半导体制冷片2加热试剂槽1，随着试剂槽1温度增加，半导体制冷片2电流逐渐减小；降温时，自动控制电路控制半导体制冷片2通反向电流，对试剂槽1进行散热。实现温度控制。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，如加减半导体制冷片2的数量，加减温度传感器的数量，更改半导体制冷片2的大小等，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种PCR仪控温系统，包括用于盛放试管的试剂槽，用于对试剂槽加热和制冷的半导体制冷片，用于辅助半导体制冷片散热或吸热的散热片，用于获取试剂槽温度的温度传感器以及用于控制半导体制冷片电流大小和方向的自动控制电路，其特征在于：所述试剂槽上设有单排的试管孔，所述半导体制冷片设置在试剂槽的侧面。

2.如权利要求1所述的PCR仪控温系统，其特征在于：所述试管孔为通孔，所述试剂槽远离半导体制冷片一侧的侧壁与每个试管孔对应位置设置进光孔，所述进光孔与试管孔连通。

3.如权利要求2所述的PCR仪控温系统，其特征在于：所述半导体制冷片为多片。

4.如权利要求2所述的PCR仪控温系统，其特征在于：所述半导体制冷片为两片。

5.如权利要求1至4任一项所述的PCR仪控温系统，其特征在于：所述温度传感器设置在半导体制冷片的中心。

6.如权利要求5所述的PCR仪控温系统，其特征在于：所述半导体制冷片与试剂槽、半导体制冷片与散热片之间设有导热硅脂。

7.如权利要求6所述的一种PCR仪控温系统，其特征在于：所述半导体制冷片的高度为试剂槽试管孔深度的1.5倍。