CN210656883U - 一种发散型对流pcr扩增装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发散型对流PCR扩增装置,包括具有空腔结构的扁平外壳，空腔结构中安装有扁平状PCR反应杯，扁平状PCR反应杯上设置有进液口；外壳的两相对内侧面的中部均设置有高温恒温加热模块，位于外壳两相对内侧面上设置有环绕高温恒温加热模块的低温恒温加热模块；两组高温恒温加热模块之间的扁平状PCR反应杯形成高温区，两组低温恒温加热模块之间的扁平状PCR反应杯形成低温区；高温区与低温区之间形成对流区。本实用新型的发散型对流PCR扩增装置与自然对流PCR扩增装置相比，实现PCR反应变性、退火、延伸三个阶段温度的精准控制和快速平衡，进一步缩短检测时间，降低温控能耗，解决了传统仪器耗时和节能的问题。

Description

一种发散型对流PCR扩增装置

技术领域

本实用新型涉及医疗器材领域，更具体地，涉及一种发散型对流PCR扩增装置。

背景技术

基因扩增技术又称聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)，是通过DNA的半保留复制原理实现的特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增技术。PCR反应需要经过DNA的变性、退火、延伸三个阶段，每个阶段分别有固定的温度,变性是指DNA在体外95℃左右时会形成单链，退火是指温度在60℃左右时，引物与单链模板的结合，延伸是指温度在72℃左右时，在DNA聚合酶的作用下，从引物的5’端→3’端延伸，合成与模板互补DNA链的过程。

传统PCR热循环仪都是使用半导体元件升降温并加热塑料制成的PCR反应管，通过热循环系统对反应管重复地进行加热和冷却，以此来达到PCR反应所需温度。半导体元件的升降温需要大功率的电源输入，因此设备通常不易便携，难以实现野外的移动检测。另外常规的热循环系统都是由高热导率的金属块和低热导率的塑料多孔板构成，具有较大的体积和热容，因此PCR反应时间受到金属块升降温速率的快慢以及金属块的温度传递至管内反应液的滞后时间这两个方面的限制。通常完成30个循环的扩增需要1～1.5小时或者更久，实际上大部分时间都耗费在控制仪器的温度变化上，而不是用于核酸扩增。

为了降低反应时间，实现核酸快速扩增，现有技术提出自然对流PCR技术，该方法是将PCR反应液置于一个封闭的圆柱腔体内，分别在其上、下表面进行恒温控制，即通过上、下表面的温差所产生的对流驱动液体经过不同的温区，完成PCR的变性、退火和延伸3个步骤，减少PCR整个过程所需要的时间。目前的自然对流PCR技术一般通过控制流体内温度梯度的分布(取决于参照位置的温差和间距)和重力来控制反应流体的热对流速度，由于体积和空间的限制对于许多自然对流PCR应用而言扩增效率不太令人满意。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术中由于体积和空间的限制对于许多自然对流PCR应用而言扩增效率不高的问题，提供一种发散型对流PCR扩增装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种发散型对流PCR扩增装置,包括具有空腔结构的扁平外壳，所述空腔结构中安装有扁平状PCR反应杯，所述扁平状PCR反应杯上设置有进液口；所述外壳的两相对内侧面的中部均设置有高温恒温加热模块，位于所述外壳两相对内侧面上设置有环绕所述高温恒温加热模块的低温恒温加热模块；两组高温恒温加热模块之间的扁平状PCR反应杯形成高温区，两组低温恒温加热模块之间的扁平状PCR反应杯形成低温区；所述高温区与所述低温区之间形成对流区。

在本技术方案中，外壳中的空腔结构可以用于放置扁平状PCR反应杯，外壳上安装高温恒温加热模块以及低温恒温加热模块，由于高温恒温加热模块的加热温度高于低温恒温加热模块的加热温度，使得扁平状PCR反应杯内形成高温区、低温区以及对流区，PCR反应液会在高温区和低温区间发生热对流，进行高效率的热交换，实现核酸快速扩增。需要说明的是，高温恒温加热模块、低温恒温加热模块的温度是保持不变的，无需进行频繁的升降温，可减少热循环仪的能耗，有利于外接设备实现锂电池供电，为构建新一代野外现场检测极速PCR仪创造了条件。本实用新型的发散型对流PCR扩增装置与自然对流PCR扩增装置相比，由于扁平状PCR反应杯具有比表面积大、能量交换迅速的特点，提供了较大的用于热量传导以及用于接触恒温模块的表面，有利于最佳的热量传递，从而实现PCR反应变性、退火、延伸三个阶段温度的精准控制和快速平衡，进一步缩短检测时间，降低温控能耗，解决了传统仪器耗时和节能的问题。

优选地，所述高温恒温加热模块与所述低温恒温加热模块均与所述扁平状PCR反应杯相抵接。在本技术方案中，扁平状的PCR反应杯中注入PCR反应液后，扁平状的PCR反应杯的两端面会与高温恒温加热模块以及低温恒温加热模块相抵接，有利于提高高温恒温加热模块以及低温恒温加热模块对扁平状PCR反应杯的热传导。

优选地，所述外壳两相对内侧面的中部设置有第一凹槽结构,所述高温恒温加热模块设于所述第一凹槽结构中。第一凹槽结构可以限定高温恒温加热模块的位置，通过螺钉或者粘接等方式可以将高温恒温加热模块安装在第一凹槽结构中。

优选地，所述外壳两相对内侧面上设置有环绕所述第一凹槽结构的第二凹槽结构，所述低温恒温加热模块安装在所述第二凹槽结构中。第二凹槽结构可以限定低温恒温加热模块的位置，通过螺钉或者粘接等方式可以将低温恒温加热模块安装在第二凹槽结构中。

优选地，所述外壳包括相互卡接的第一壳体与第二壳体。在本技术方案中，第一壳体与第二壳体采用插接的方式进行连接，一方面可以便于装拆安装在空腔结构中扁平状PCR反应杯；另一方面可以将安装在外壳上的高温恒温加热模块以及低温恒温加热模块紧压在扁平状PCR反应杯上。

优选地，所述第一壳体的侧面设置有卡柱结构，所述第二壳体的侧面相应位置设置有与所述卡柱结构相匹配的卡口结构。在本技术方案中，通过第一壳体上的卡柱结构与第二壳体上的卡口结构的卡柱连接，可以实现第一壳体与第二壳体的可拆卸连接。

优选地，所述外壳为方形或长方形或圆形，空腔结构为方形或长方形或圆形。

优选地，所述高温恒温加热模块为圆形，所述低温恒温加热模块为环形。

与现有技术相比，有益效果是：

本实用新型的发散型对流PCR扩增装置与自然对流PCR扩增装置相比，由于扁平状PCR反应杯具有比表面积大、能量交换迅速的特点，提供了较大的用于热量传导以及用于接触恒温模块的表面，有利于最佳的热量传递，从而实现PCR反应变性、退火、延伸三个阶段温度的精准控制和快速平衡，进一步缩短检测时间，降低温控能耗，解决了传统仪器耗时和节能的问题。

附图说明

图1是本实用新型发散型对流PCR扩增装置的立体图；

图2是本实用新型发散型对流PCR扩增装置中外壳的立体图；

图3是本实用新型发散型对流PCR扩增装置的拆解图；

图4是本实用新型中扁平状PCR反应杯的结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1

如图1、图2所示，一种发散型对流PCR扩增装置,包括具有空腔结构2的扁平外壳1，空腔结构2中安装有扁平状PCR反应杯3，扁平状PCR反应杯3上设置有进液口4；外壳1的两相对内侧面的中部均设置有高温恒温加热模块5，位于外壳1两相对内侧面上设置有环绕高温恒温加热模块5的低温恒温加热模块6；两组高温恒温加热模块5之间的扁平状PCR反应杯3形成高温区7，两组低温恒温加热模块6之间的扁平状PCR反应杯3形成低温区8；高温区7与低温区8之间形成对流区9。外壳1中的空腔结构2可以用于放置扁平状PCR反应杯3，外壳1上安装的高温恒温加热模块5以及低温恒温加热模块6，由于高温恒温加热模块5的加热温度高于低温恒温加热模块6的加热温度，使得扁平状PCR反应杯3内形成高温区7、低温区8以及对流区9，PCR反应液会在高温区合和低温区间发生热对流，进行高效率的热交换，实现核酸快速扩增。需要说明的是，高温恒温加热模块5、低温恒温加热模块6的温度是保持不变的，无需进行频繁的升降温，可减少热循环仪的能耗，有利于外接设备实现锂电池供电，为构建新一代野外现场检测极速PCR仪创造了条件。

其中，高温恒温加热模块5与低温恒温加热模块6均与扁平状PCR反应杯3相抵接。扁平状的PCR反应杯3中注入PCR反应液后，扁平状的PCR反应杯3的两端面会与高温恒温加热模块5以及低温恒温加热模块6相抵接，有利于提高高温恒温加热模块5以及低温恒温加热模块6对扁平状PCR反应杯3的热传导。

另外，外壳1两相对内侧面的中部设置有第一凹槽结构10,高温恒温加热模块5设于第一凹槽结构10中。第一凹槽结构10可以限定高温恒温加热模块5的位置，通过螺钉或者粘接等方式可以将高温恒温加热模块5安装在第一凹槽结构10中。外壳1两相对内侧面上设置有环绕第一凹槽结构10的第二凹槽结构11，低温恒温加热模块6安装在第二凹槽结构11中。第二凹槽结构11可以限定低温恒温加热模块6的位置，通过螺钉或者粘接等方式可以将低温恒温加热模块6安装在第二凹槽结构11中。

如图3、图4所示，外壳1包括相互卡接的第一壳体12与第二壳体13。第一壳体12与第二壳体13采用插接的方式进行连接，一方面可以便于装拆安装在空腔结构2中扁平状PCR反应杯3；另一方面可以将安装在外壳1上的高温恒温加热模块5以及低温恒温加热模块6紧压在扁平状PCR反应杯3上。第一壳体1的侧面设置有卡柱结构14，第二壳体13的侧面相应位置设置有与卡柱结构14相匹配的卡口结构15。通过第一壳体12上的卡柱结构14与第二壳体13上的卡口结构15之间的插接，可以实现第一壳体12与第二壳体13的可拆卸连接。需要说明的是，卡柱结构14与卡口结构15均分别设置有多个。卡口结构15与卡柱结构14相适配。

其中，外壳1为方形或长方形或圆形，空腔结构2为方形或长方形或圆形。高温恒温加热模块5为圆形，低温恒温加热模块6为环形。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种发散型对流PCR扩增装置,其特征在于：包括具有空腔结构(2)的扁平外壳(1)，所述空腔结构(2)中安装有扁平状PCR反应杯(3)，所述扁平状PCR反应杯(3)上设置有进液口(4)；所述外壳(1)的两相对内侧面的中部均设置有高温恒温加热模块(5)，位于所述外壳(1)两相对内侧面上设置有环绕所述高温恒温加热模块(5)的低温恒温加热模块(6)；两组高温恒温加热模块(5)之间的扁平状PCR反应杯(3)形成高温区(7)，两组低温恒温加热模块(6)之间的扁平状PCR反应杯(3)形成低温区(8)；所述高温区(7)与所述低温区(8)之间形成对流区(9)。

2.根据权利要求1所述的一种发散型对流PCR扩增装置,其特征在于：所述高温恒温加热模块(5)与所述低温恒温加热模块(6)均与所述扁平状PCR反应杯(3)相抵接。

3.根据权利要求1所述的一种发散型对流PCR扩增装置,其特征在于:所述外壳(1)两相对内侧面的中部设置有第一凹槽结构(10),所述高温恒温加热模块(5)设于所述第一凹槽结构(10)中。

4.根据权利要求3所述的一种发散型对流PCR扩增装置,其特征在于:所述外壳(1)两相对内侧面上设置有环绕所述第一凹槽结构(10)的第二凹槽结构(11)，所述低温恒温加热模块(6)安装在所述第二凹槽结构(11)中。

5.根据权利要求1所述的一种发散型对流PCR扩增装置,其特征在于：所述外壳(1)包括相互卡接的第一壳体(12)与第二壳体(13)。

6.根据权利要求5所述的一种发散型对流PCR扩增装置,其特征在于：所述第一壳体(12)的侧面设置有卡柱结构(14)，所述第二壳体(13)的侧面相应位置设置有与所述卡柱结构(14)相匹配的卡口结构(15)。

7.根据权利要求1所述的一种发散型对流PCR扩增装置,其特征在于：所述外壳(1)为方形或长方形或圆形，空腔结构(2)为方形或长方形或圆形。

8.根据权利要求7所述的一种发散型对流PCR扩增装置,其特征在于：所述高温恒温加热模块(5)为圆形，所述低温恒温加热模块(6)为环形。

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