CN207659458U - 一种便携式恒温核酸扩增仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种便携式恒温核酸扩增仪，包括：一本体及通过枢接结构与本体连接，用以覆盖本体的上表面的一盖体；所述本体包括一样本处理部、一扩增反应部及结果观察部；所述样本处理部包括形成于本体上表面的一处理池，位于本体内部的一处理控温单元；所述扩增反应部包括形成于本体上表面的一反应池，位于本体内部的一反应控温单元；所述结果观察部包括设置于本体内部位于反应池下方的一光源，设置于本体侧表面对应反应池的观察窗；所述盖体包括一热盖，盖体覆盖本体上表面时所述热盖覆盖所述反应池。能够实现样本处理和扩增反应两个功能，外型轻便、可携带，操作界面友好、一键开机无需其他参数设置。

Description

一种便携式恒温核酸扩增仪

技术领域

本实用新型涉及科研、临床检验及食品检验检疫领域，尤其涉及基因检测领域，具体涉及一种便携式恒温核酸扩增仪。

背景技术

基因扩增技术是指利用DNA聚合酶对特定基因做体外或试管内的大量合成，它是利用DNA聚合酶对靶标核酸片段进行专一性的连锁复制。目前常用的技术，可将极微量的靶DNA特异地扩增上百万倍以上，从而大大提高对DNA分子的分析和检测能力，该技术已在分子生物学、微生物学、医学及遗传学等多领域广泛应用和迅速发展。

基因扩增技术的实现主要依赖于检测试剂盒和试剂盒的适用仪器基因扩增仪，基因扩增仪为试剂盒提供扩增反应的条件和结果判读的方法，是实现基因扩增的基础仪器。根据基因扩增的原理，如PCR、荧光定量PCR、等温扩增等，基因扩增仪也分为PCR仪、恒温核酸扩增仪等。

无论是哪种基因扩增仪，其结构上基本都由外壳、加热/制冷系统、导热系统、散热系统、电控系统、人机界面几部分组成。因其要求具有高精度、高均匀度的控温功能，适用于多种基因扩增需求的程序设定能力，一般的基因扩增仪造价都非常高，国产基因扩增仪都在几万元到十几万元不等。另外，因内部结构复杂，一般扩增仪都是较笨重、不便移动的实验室设备，只能限于在专业的实验室进行操作。

此外，普通PCR仪都需要经过繁琐的程序参数设置，对于操作人员有一定的技术要求。上述特点都限制了基因扩增仪在以下环境下推广和普及：1)非专业基因扩增实验室的普通环境；2)仅有简单培训或者无需培训的操作人员；3)经费有限的基层实验机构或个人；4)日常操作是对于确定靶标进行相同程序的重复操作；5)需要携带仪器的操作。

实用新型内容

为了克服现有的基因扩增仪对实验室、操作人员的依赖和昂贵、笨重的不足，本实用新型专门针对确定检测靶标和扩增程序提供一种便携式恒温核酸扩增仪。该扩增仪能够实现样本处理和扩增反应两个功能，外型轻便、可携带，操作界面友好、一键开机无需其他参数设置，反应结果通过视窗可肉眼判读或通过简单的图像对比分析获得检测结果。实现的整个检测过程可由非专业人员完成，适合在基层检验机构甚至有检验需求的家庭当中普及。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种便携式恒温核酸扩增仪，包括：

一本体及通过枢接结构与本体连接，用以覆盖本体的上表面的一盖体；

所述本体包括一样本处理部、一扩增反应部及结果观察部；

所述样本处理部包括形成于本体上表面的一处理池，位于本体内部的一处理控温单元；

所述扩增反应部包括形成于本体上表面的一反应池，位于本体内部的一反应控温单元；

所述结果观察部包括设置于本体内部位于反应池下方的一光源，设置于本体侧表面对应反应池的观察窗；

所述盖体包括一热盖，盖体覆盖本体上表面时所述热盖覆盖所述反应池。

进一步地，所述处理控温单元包括一处理金属加热块，所述处理池为开设于处理金属加热块的容置腔，以及附设于金属加热块的散热风扇。

进一步地，所述反应控温单元包括一反应金属加热块，所述反应池为开设于反应金属加热块的容置架体结构。

进一步地，还包括一控制单元，一电源/电源接口、处理传感单元、反应传感单元及指示灯组。

进一步地，所述控制单元用以控制电源驱动处理金属加热块、反应金属加热块加热，驱动散热风扇，驱动指示灯组；还用以接收处理传感单元及反应传感单元发出的传感信号。

进一步地，所述处理传感单元为设置于处理池中的红外传感器。

进一步地，所述反应传感单元为设置于盖体覆盖本体的面的霍尔感应传感器。

进一步地，所述光源为确定波长的紫外光源，所述光源对应样本处理试剂中的染色剂。

进一步地，所述反应池与观察窗口之间设有一滤光片。

进一步地，所述容置腔用以容纳盛装样本处理液的容器；所述容置架体结构，用以支撑盛装样本处理液及扩增试剂的容器。

进一步地，还包括一锁定结构，包括设置于盖体的第一锁定件，设置于本体的第二锁定件，接触第一锁定件与第二锁定件形成的锁定扣合的解锁开关。

进一步地，还包括形成于本体上表面的处理液容器放置槽。

具体工作过程如下：

打开控制电源的开关向各组成模块供电后，控制单元先实施整机自检，自检通过后，控制单元会使样本处理模块的加热膜开始加热，同时控制样本池旁边的指示灯亮红灯(表示加热进行中)，当加热到目标温度的时候，贴在样本处理模块上的温度传感器会实时反馈实测温度给控制单元，控制单元判断其到达控制温度上限后，会停止加热，其后模块温度会缓慢下降，当传感器反馈其温度到达控制温度下限时，控制单元会通知模块再加热…..如此通过动态控制，使样本处理模块维持在一个恒定的温度(上下围绕一条基线波动)。

当到达目标温度稳定一小段时间(例如1-2min)后，控制单元会控制指示灯变为绿色闪烁状态，通知操作人可以将盛装样本处理液的容器插入样本池。

当容器插入样本池后，会触发红外开关，控制单元会自动执行计时、控温(样本处理程序)，样本处理结束后，同时开始两个程序：1)风扇自动开启、降温；2)反应池及热盖开始预热，同上，预热过程反应池的指示灯呈红色。

当样本池的温度降到设定温度(安全温度)时，风扇停止工作，指示灯绿灯闪烁，提示可以取出容器。当容器取出后，指示灯自动熄灭，停止提示。

此时，用户手动操作移液，将经过处理的样本处理液移送至扩增反应容器，移液完成后，即反应池准备完毕。

此时，反应池预热到达目标温度后，反应池模块的温度传感器将实测温度反馈给控制单元，使其停止加热，动态启停以使其维持在目标温度(过程同样本处理的控温过程)。在目标温度稳定1-2min后，指示灯会绿灯闪烁，提示操作者将扩增反应容器加入反应池。

当加入反应池后，随即关闭上盖。当上盖闭合后，会触发霍尔开关，启动计时、控温(反应程序)，同时指示灯变为红色，表示正在加热.当反应程序完成后，主动板自动停止反应模块加热，同时命令开启紫外灯，同时紫外灯旁的指示灯闪烁，提示可以观察结果。观察完毕后，关闭电源开关。

通过采取上述技术方案，可以让非专业用户在仅受简单培训或者无培训的情况下完成恒温核酸基因扩增仪的操作，该设备外形小巧便携、界面友好，整个仪器的操作过程无需复杂的程序参数设置，仅需一键开机即可由仪器本身通过内部传感器的探测顺序完成扩增反应，其反应结果便于肉眼判读，对于肉眼判读困难的用户可以通过图像采集的方式将可视化结果与对比辅助用品(如比色卡或对应开发的比色程序)完成判读、即时获取检测结果。该设备使得在非专业实验室的普通环境(如临床科室、户外、家庭环境、基层医院等)下进行基因检测成为可能。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中便携式恒温核酸扩增仪的整体外部结构示意图。

图2为本实用新型一实施例中便携式恒温核酸扩增仪的正面结构示意图。

图3为本实用新型一实施例中便携式恒温核酸扩增仪的侧面结构示意图。

图4为本实用新型一实施例中便携式恒温核酸扩增仪的俯面结构示意图。

图5为图4中B-B向剖面结构示意图。

图6为图4中A-A向剖面结构示意图。

附图标记说明：1-本体；11-处理池；12-处理指示灯；13-电源开关；14-反应池；15-解锁开关；16-处理液容器放置槽；18-观察窗；19-处理金属加热块；110-红外传感器；111-紫外光源；2-盖体；21-盖体下表面；22-热盖；23-第一锁定件；24-磁铁。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1至图6所示，在一实施例中，提供了一种便携式恒温核酸扩增仪，包括：

本体1及通过枢接结构与本体1连接，用以覆盖本体1的上表面的盖体2；

其中，本体1包括样本处理部、扩增反应部及结果观察部；

样本处理部包括形成于本体1上表面的处理池11，位于本体1内部的处理控温单元；

扩增反应部包括形成于本体1上表面的反应池14，位于本体1内部的反应控温单元；

结果观察部包括设置于本体1内部位于反应池11下方的作为光源的紫外光源111，设置于本体1侧表面对应反应池14的观察窗18；

盖体包括热盖22，盖体2覆盖本体1上表面时热盖22覆盖反应池14。

其中，扩增的过程是加热控温的过程，反应体系的液体会有蒸发，蒸发会造成体系内成分浓度的变化，热盖能够防止蒸发，并同时在反应池上部进行加热。

处理控温单元包括处理金属加热块19，处理池11为开设于处理金属加热块19的容置腔，以及附设于金属加热块19的散热风扇(图未示)。

反应控温单元包括反应金属加热块(图未示)，同理，反应池14为开设于反应金属加热块的容置架体结构。

容置腔用以容纳盛装样本处理液的容器；容置架体结构用以支撑盛装样本处理液及扩增试剂的容器。

此外，扩增仪还包括控制单元，电源/电源接口、处理传感单元、反应传感单元及指示灯组。

控制单元用以控制电源驱动处理金属加热块、反应金属加热块加热，驱动散热风扇，驱动指示灯组；还用以接收处理传感单元及反应传感单元发出的传感信号。

其中，处理传感单元例如为设置于处理池中的红外传感器110。

反应传感单元例如为设置于盖体覆盖本体的面的霍尔感应传感器。霍尔感应传感器与盖体关联，盖体覆盖本体时触发霍尔感应传感器。

光源例如为确定波长的紫外光源，光源的波长对应样本处理试剂中的染色剂类型。

反应池与观察窗口之间设有一滤光片。

除此之外，扩增仪还包括锁定结构，包括设置于盖体的第一锁定件23，设置于本体的第二锁定件，用以解除第一锁定件与第二锁定件形成的锁定扣合的解锁开关15。

扩增仪还包括形成于本体上表面的处理液容器放置槽16。

具体而言，样本处理部可以预设处理温度例如至100℃，恒温扩增反应部的温度可预设为例如为65℃±5℃范围内的某一确定温度。热盖亦维持一个恒定的温度。3个温控模块的温度和时间条件根据相应样本适用的试剂盒的最佳反应条件预先设定。在用户进行扩增仪操作时无需进行程序参数的设定。

恒温扩增的核心反应条件是维持确定的恒温，无需快速升降温改变温控参数，整机功率需求低。本实施例提供的扩增仪的内部开关电源等元器件均根据所需检测功能选择适宜其整机功率的型号，且内部结构采用紧凑型设计，使得产品外观小巧、便携。

样本处理模块的结构中的触发式启动开关(型号例如为：红外发射管型号：IR204-A,接收管PT204-6B)，当用户将样本处理液插入样本池中时，则会触发启动开关、自动开始运行加载于控制单元中的既定样本处理程序。

恒温扩增反应模块的结构中的霍尔感应传感器，即磁传感器(型号例如为：UHE4913G-AE3-R或OH34N。)，当用户将扩增反应池插入反应池中、关闭热盖时，触发磁传感器、扩增程序自动运行。磁铁安装在上盖(紧贴下表面)，磁传感器安装在下壳体(紧贴上表面)，当上盖合上后，磁传感器感应到上盖的磁铁，触发计时、控温。

内部结构中导热金属块的下方设置了尺寸适配的确定波长的光源，扩增反应模块的导热金属块的下端开狭缝，使得下方的激发光可以从底部透射反应池。

例如，试剂中的荧光染色剂对应的波长为365nm，即采用365nm的紫外光源，当荧光染色剂有所变化时，光源波长可做适应性调整。相应在外壳的正前方，即反应池的前方(与底部激发光方向呈90°)设置观察窗，该观察窗的开孔位置使反应池中反应液充分暴露，且观察窗采用滤波片，使阳性扩增的反应体系在365nm紫外(底部激发)的激发下显黄绿色荧光，阴性反应也会有弱黄绿色荧光。

为了使目视阴阳性的色差更明显，在一些优选的实施例中，还可以在反应视窗前加一层滤色片，将黄绿色之外的其他干扰波段过滤掉，使黄绿色更加清晰。使得反应结果阴阳性颜色的辨识度更高。相应的扩增反应模块的导热金属块正前方要相应开孔，使得检测人从扩增仪外部前方可以直接看到反应池中的反应结果。

上述实施例描述的扩增仪在使用时可通过一键操作，当样本处理液加样器插入对应的样本处理液样品池的时候，扩增仪可经传感器探测到样品的加入，自动开始运行控温程序，预设温度例如为90℃。预设温度通过内置程序控制，当然，不同的检测靶标，可以调整为不同的处理温度。

样本处理结束后由操作者进行加样操作，将样本DNA液逐个加入靶标检测试剂反应池，当操作者将反应池插入反应区的样本池时，扩增仪可经预设的传感器探测到反应池的加入，自动启动基因扩增控温程序。

样本处理程序的启动通过红外传感触发，反应程序通过盖体覆盖本体时由霍尔反应传感器触发。扩增反应结束后，反应模块底部的光源自动开启，反应池的结果在光源激发下清晰可辨。用户可以通过扩增器前部的观察视窗直接观察反应结果，判断阴阳性。如果用户对颜色判断有困难，可以借助比色卡进行判断，也可以采集结果图像，然后将结果图像上传至远程的分析系统进行分析计算，从而获得检测结果，随即呈现检测结果。

显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种便携式恒温核酸扩增仪，其特征在于，包括：

一本体及通过枢接结构与本体连接，用以覆盖本体的上表面的一盖体；

所述本体包括一样本处理部、一扩增反应部及结果观察部；

所述样本处理部包括形成于本体上表面的一处理池，位于本体内部的一处理控温单元；

所述扩增反应部包括形成于本体上表面的一反应池，位于本体内部的一反应控温单元；

所述结果观察部包括设置于本体内部位于反应池下方的一光源，设置于本体侧表面对应反应池的观察窗；

所述盖体包括一热盖，盖体覆盖本体上表面时所述热盖覆盖所述反应池。

2.如权利要求1所述的便携式恒温核酸扩增仪，其特征在于，所述处理控温单元包括一处理金属加热块，所述处理池为开设于处理金属加热块的容置腔，以及附设于金属加热块的散热风扇。

3.如权利要求2所述的便携式恒温核酸扩增仪，其特征在于，所述反应控温单元包括一反应金属加热块，所述反应池为开设于反应金属加热块的容置架体结构。

4.如权利要求3所述的便携式恒温核酸扩增仪，其特征在于，还包括一控制单元，一电源/电源接口、处理传感单元、反应传感单元及指示灯组。

5.如权利要求4所述的便携式恒温核酸扩增仪，其特征在于，所述控制单元用以控制电源驱动处理金属加热块、反应金属加热块加热，驱动散热风扇，驱动指示灯组；还用以接收处理传感单元及反应传感单元发出的传感信号。

6.如权利要求4所述的便携式恒温核酸扩增仪，其特征在于，所述处理传感单元为设置于处理池中的红外传感器；所述反应传感单元为设置于盖体覆盖本体的面的霍尔感应传感器。

7.如权利要求1所述的便携式恒温核酸扩增仪，其特征在于，所述光源为确定波长的紫外光源，所述光源对应样本处理试剂中的染色剂。

8.如权利要求7所述的便携式恒温核酸扩增仪，其特征在于，所述反应池与观察窗口之间设有一滤光片。

9.如权利要求3所述的便携式恒温核酸扩增仪，其特征在于，所述容置腔用以容纳盛装样本处理液的容器；所述容置架体结构，用以支撑盛装样本处理液及扩增试剂的容器。

10.如权利要求1所述的便携式恒温核酸扩增仪，其特征在于，还包括一锁定结构，包括设置于盖体的第一锁定件，设置于本体的第二锁定件，接触第一锁定件与第二锁定件形成的锁定扣合的解锁开关。